Xarxes d’àrea local - Programador | Fotógrafo · 1. Xarxes d’àrea local ... Solucionari ......

Xarxes d’àrea localTopologies i polítiques de control d’accés al medi

José M. Barceló OrdinasEnric Peig Olivé

P03/05098/02039

© Universitat Oberta de Catalunya • P03/05098/02039 Xarxes d’àrea local

Índex

Introducció ................................................................................................ 5

Objectius ..................................................................................................... 6

1. Xarxes d’àrea local ............................................................................. 7

2. Arquitectura de protocols per a una xarxa d’àrea local .......... 9

2.1. Estàndards ......................................................................................... 10

3. El medi de transmissió ....................................................................... 11

3.1. Xarxes d’àrea local cablejades .......................................................... 11

3.2. Xarxes d’àrea local sense fil .............................................................. 12

4. Topologies en una xarxa d’àrea local ............................................ 13

4.1. Topologia en bus ............................................................................. 13

4.2. Topologia en anell ............................................................................ 14

4.3. Topologia en estrella ......................................................................... 17

4.4. Pseudotopologies sense fil ................................................................ 19

5. Control d’accés al medi ..................................................................... 21

5.1. Control d’accés al medi estàtic ......................................................... 22

5.1.1. Accés múltiple per divisió en el temps ................................ 22

5.1.2. Accés múltiple per divisió en freqüència .............................. 23

5.1.3. Accés múltiple per distinció de codis .................................... 23

5.1.4. Valoració del control d’accés al medi estàtic ........................ 25

5.2. Control d’accés al medi dinàmic ...................................................... 27

5.2.1. Accés dinàmic per control centralitzat ................................. 27

5.2.2. Accés dinàmic per control distribuït ..................................... 27

5.3. Control d’accés al medi aleatori ....................................................... 40

5.3.1. Algorisme Aloha pur ............................................................. 41

5.3.2. Algorisme Aloha segmentat .................................................. 45

5.3.3. Problemes d’estabilitat dels algorismes

Aloha pur i Aloha segmentat ................................................ 46

5.3.4. Accés múltiple per escolta de portadora ............................... 46

5.3.5. Comparació entre els algorismes

Aloha, Aloha pur i CSMA ...................................................... 50

5.3.6. Accés múltiple per escolta de portadora

amb detecció de col·lisions ................................................... 50

5.3.7. CSMA/CD o anells amb pas de testimoni ............................. 52

5.4. Accés múltiple per escolta de portadora

amb eliminació de col·lisions ........................................................... 53

© Universitat Oberta de Catalunya • P03/05098/02039 Xarxes d’àrea local

6. Estàndards per a xarxes d’àrea local ............................................. 56

6.1. Ethernet i IEEE802.3 ......................................................................... 58

6.1.1. Nivell físic .............................................................................. 58

6.1.2. Control d’accés al medi ......................................................... 59

6.1.3. Format de trama Ethernet ..................................................... 60

6.1.4. Adreces .................................................................................. 61

6.1.5. Concentradors i commutadors ............................................. 62

6.1.6. Ethernet full-duplex .............................................................. 67

6.1.7. Sistemes multiestàndard ....................................................... 67

6.2. EIA/TIA 568 ....................................................................................... 68

6.2.1. Topologia ............................................................................... 69

6.2.2. Medi físic ............................................................................... 70

6.2.3. Certificació ............................................................................ 71

6.3. IEEE802.11 o WiFi ............................................................................ 72

6.3.1. Nivell físic .............................................................................. 73

6.3.2. Control d’accés al medi ......................................................... 74

6.3.3. Topologia ............................................................................... 75

Resum .......................................................................................................... 77

Activitats .................................................................................................... 79

Exercicis d’autoavaluació ...................................................................... 79

Solucionari ................................................................................................. 81

Glossari ....................................................................................................... 87

Bibliografia ................................................................................................ 88


Introducció

Les xarxes d’àrea local sorgeixen com una tecnologia capaç de connectar ordina-

dors en una àrea petita, com pot ser una oficina, un edifici o un departament

d’una universitat. Actualment, amb la creixent implantació de la informàtica do-

mèstica i el baix cost de l’equipament necessari, comença a ser habitual trobar

xarxes locals fins i tot a les cases.

L’objectiu principal d’una xarxa d’àrea local és poder compartir recursos entre

diferents ordinadors, tant si és maquinari especialitzat (impressores, escàn-

ners, sistemes de còpia de seguretat, etc.) com programari (aplicacions i les se-

ves dades associades que han de ser usades per diferents usuaris).

En aquest mòdul didàctic veurem els principis de funcionament de les xarxes

d’àrea local i les tasques que s’han de dur a terme per a aconseguir la comuni-

cació entre totes les estacions presents a la xarxa.

Presentarem les diferents topologies possibles, enumerant els seus avantatges

i els seus inconvenients, i els diferents protocols d’accés al medi actualment

disponibles. Igualment avaluarem els paràmetres més característics dels dife-

rents protocols per poder decidir quin és més convenient en cada situació que

es pugui plantejar.

Finalment, descriurem els estàndards més significatius en el camp de les xar-

xes locals i la seva aplicació concreta.


Objectius

L’estudi dels materials didàctics d’aquest mòdul ha de permetre que l’estudiant as-

soleixi els objectius següents:

1. Ser capaç de definir una xarxa d’àrea local i entendre els seus principis de

funcionament.

2. Conèixer els nivells OSI que intervenen en les xarxes d’àrea local.

3. Poder descriure les diferents topologies amb què es poden dissenyar les xarxes

d’àrea local: bus, anell i estrella.

4. Entendre la diferència que hi ha entre una topologia física i una topologia

lògica i el paper que hi tenen els concentradors i els commutadors.

5. Conèixer els diferents protocols d’accés al medi que s’han proposat i les

prestacions que tenen.

6. Conèixer els estàndards més usats en les xarxes d’àrea local, en concret

Ethernet i token ring, així com l’estàndard de cablatge estructurat i els

emprats a les xarxes sense fil.


1. Xarxes d’àrea local

Una xarxa d’àrea local és un tipus de tecnologia dissenyada per a connectar

ordinadors o estacions en un àmbit local. Són xarxes que tenen un diàmetre

(separació entre els diferents components de la xarxa) que oscil·la entre dese-

nes de metres i uns quants quilòmetres.

Fixeu-vos que aquesta definició consta d’unes quantes paraules clau:

• És un sistema, ja que consta de diversos components, com ara cables, in-

terfícies de xarxa, estacions repetidores, commutadors, protocols, etc.

• Proporciona connectivitat perquè les estacions puguin intercanviar infor-

mació.

• Les estacions estan connectades directament entre si per un medi de trans-

missió (per exemple, un cable o l’aire), interfícies de xarxa (per exemple, un

connector o una antena) i/o mecanismes d’interconnexió (per exemple, un re-

petidor o un commutador).

• Finalment, es connecten diverses estacions entre si, de manera que com-

parteixen el mecanisme de transmissió. Caldrà definir una sèrie de criteris

per decidir quina de les estacions fa servir el medi de transmissió en cada

moment.

Una nova filosofia de disseny de LAN

Com veurem més endavant, en els darrers anys ha sorgit un altre tipus de filosofia de dis-seny de LAN: són les LAN commutades.

Una LAN commutada envia les dades únicament a l’estació de destinació basant-se en uncamp de la capçalera de la trama transmesa que conté l’adreça de l’estació de destinació.

L. Quinn i R. Russell proporcionen una definició senzilla de LAN:

“Una xarxa d’àrea local és un sistema que permet connectar directa-

ment diverses estacions entre si”.

Una LAN, per definició, és una xarxa per difusió (broadcast). En una

xarxa per difusió, totes les estacions reben una còpia de la informació

transmesa per una altra estació.

Àmbit local

Quan parlem d’àmbit local pensem, per exemple, en una oficina, un departament d’una empresa, un edifici o un cam-pus universitari de petites di-mensions.

En endavant, abreujarem xarxa d’àrea local amb la sigla anglesa

LAN (Local Area Network).

Als apartats 4.3. i 6.1.5. tractarem aquest tema amb més profunditat.


La definició de LAN ens permet intuir els tres paràmetres principals que des-

criuen una LAN i que determinen les característiques de la xarxa:

• El medi de transmissió.

• La topologia de la xarxa: la geometria de connexió dels components de la

xarxa.

• La política d’accés al medi: descriu els criteris necessaris perquè totes les

estacions connectades a la xarxa puguin accedir de manera eficient al medi

de transmissió.

Així doncs, es podria dir que el medi de transmissió defineix les característi-

ques relacionades amb la transmissió de la informació (cables, codificació, se-

nyals, etc.), mentre que la topologia defineix la manera com es connecten les

estacions (en forma d’anell, d’estrella o de bus) i l’accés al medi defineix

com comparteixen el medi totes les estacions (quina estació transmet en

cada moment).

Al llarg d’aquest mòdul didàctic estudiarem a fons aquests tres punts clau i la

influència que exerceixen en el disseny d’una xarxa d’àrea local. Abans, però,

descriurem una LAN des del punt de vista de la pila de protocols OSI.


2. Arquitectura de protocols per a una xarxa d’àrea local

Quan es presenta el funcionament d’una LAN cal tenir en compte que els ni-

vells de la torre OSI afectats són el físic i el d’enllaç.

Tanmateix, hem de considerar que aquests dos nivells no poden ser definits

com en un enllaç punt a punt, ja que els terminals que fan servir la LAN són

més de dos. Cal, per tant, modificar el model OSI, tal com l’hem vist fins ara,

per poder-hi fer cabre les LAN. Les modificacions converteixen els dos nivells

inferiors en tres:

El nou nivell de control d’accés al medi implementa la funcionalitat necessà-

ria per a permetre l’accés dels múltiples terminals a l’únic medi de transmissió

disponible. El nivell MAC* es crea, doncs, fent servir un protocol que executa-

ran tots els terminals de manera distribuïda, i que ha d’oferir un repartiment

eficient (i just) de la capacitat disponible del medi de transmissió a tots els ter-

minals participants de la LAN.

L’addició d’aquest nou nivell exigeix l’estudi dels subnivells de què partim,

per a veure quina funcionalitat roman al nivell físic, quina al d’enllaç i quina

passa a formar part de la del nou nivell MAC.

* MAC prové de l’expressió anglesa Medium Access Control sublayer.


Tota la funcionalitat “baixa” del nivell d’enllaç ha passat al nivell MAC.

Aquesta migració no és arbitrària, el nivell MAC (com el d’enllaç) necessita da-

des estructurades per a afegir la informació de control que ha de menester per

al seu funcionament intern. Fonamentalment necessita dues coses:

• Adreces* per a saber si la trama que detecta en el medi de transmissió va

destinada a ell o no.

• Detecció d’errors per a saber si el que rep és correcte.

Com que el medi de transmissió és compartit per tots els terminals, tots els ter-

minals “senten” totes les trames que hi viatgen, les descodifiquen, comproven

que siguin correctes i miren si l’adreça és la seva. Si les trames no són correctes

o bé no estan adreçades a ells, simplement les ignoren*.

Per això tots els subnivells relacionats amb l’entramat o estructuració del flux de

bits passen a formar part del nivell més inferior que els necessita: el nivell MAC.

La literatura de xarxes usualment canvia els noms dels nivells baixos quan el

model OSI s’aplica sobre terminals d’una LAN. El model resultant per a les

LAN manté set nivells (i no vuit com sembla indicar la figura), perquè el nivell

MAC i el nivell físic s’uneixen mantenint el nom de nivell MAC. Això es justi-

fica en el fet que molts protocols MAC (els derivats de CSMA, com veurem més

endavant) requereixen funcionalitat addicional a la pura transmissió i recep-

ció de bits per a poder funcionar. D’altra banda, el nivell d’enllaç es rebateja

com nivell d’enllaç lògic (LLC*), ja que ha perdut part de les tasques pròpies

d’enllaç: sincronisme de trama i detecció d’errors.

2.1. Estàndards

Més endavant, dins aquest mateix mòdul, veurem alguns estàndards aplica-

bles a aquests dos nivells. Cal fer notar que, si bé per al nivell MAC hi ha uns

quants estàndards reconeguts (Ethernet, IEEE802.5, IEEE802.11, etc.), per al

nivell d’enllaç només n’hi ha un: l’IEEE802.2, que és una variant de l’HDLC,

evidentment sense la part de sincronisme de trama ni la de detecció d’errors.

Cal ressaltar que no sempre es fa servir l’IEEE802.2. El cas més rellevant és Ethernet, queinclou la funcionalitat d’enllaç dins del mateix protocol. Ethernet és, doncs, una especi-ficació de protocol que cobreix els nivells MAC i LLC. Però la funcionalitat que incloudel nivell LLC és mínima (només multiplexació), per la qual cosa moltes vegades es con-sidera Ethernet simplement com un protocol de nivell MAC.

* Per a diferenciar aquestes adreces d’altres, les anomenarem

adreces MAC.

* Si la trama és errònia el terminal no ha de fer res. No pot demanar-

ne la retransmissió, ja que ens trobaríem en un absurd: quin de tots els terminals és el que ha de demanar la retransmissió? Cap

d’ells no sap qui n’és el receptor legítim, ja que la trama és errònia.

* LLC prové de l’expressió anglesa Logical Link Control.

Vegeu l’HDLC en el mòdul “Enllaç de dades” d’aquesta assignatura.

Nivell d’enllaç lògic IEEE802.2

Nivell MAC IEEE802.3CSMA/CD

IEEE802.5Token Ring

FDDIToken Ring

IEEE802.11CSMA;CSMA/CA

IEEE802.15TDM

Nivell físic 10Mbps,100Mbps, 1Gbps 4Mbps, 16Mbps 100Mbps 11Mbps, 54Mbps 1Mbps


3. El medi de transmissió

Els medis de transmissió es classifiquen en medis de transmissió guiats i medis

de transmissió no guiats. De la mateixa manera, ara classificarem les xarxes

d’àrea local en dos grans grups d’acord amb el medi de transmissió utilitzat.

3.1. Xarxes d’àrea local cablejades

Són les que fan servir un medi de transmissió guiat, generalment cable coaxial,

parell trenat o fibra òptica. El medi de transmissió ha de suportar una amplada

de banda important, si bé l’abast pot ser més limitat. Les xarxes actuals requerei-

xen capacitats d’entre 10 Mbps i 1 Gbps, i amplades de banda d’entre 10 MHz i

100 MHz.

Històricament, els medis de transmissió depenien del fabricant o de l’estàn-

dard emprat. Posteriorment, es van començar a definir els estàndards per a ca-

blejat i sobre ells es van començar a definir els estàndards per a protocols

MAC. Això permet cablejar oficines, indústries, etc. abans que els inquilins de-

cideixin el tipus de xarxa que faran servir. El cablejat és genèric: és el que es

coneix com cablejat estructurat i que veurem més endavant en aquest mòdul.

El cablejat estructurat està estandarditzat (EIA/TIA568) i els estàndards de pro-

tocols MAC simplement hi fan referència.

El cablejat estructurat també ha evolucionat. Inicialment es van definir el pa-

rell trenat i la fibra òptica com a medis alternatius en funció de l’abast de la

xarxa (usualment per curta distància, parell trenat). Però es preveia que en el

futur, a mesura que les demandes de capacitat creixessin, la tendència natural

seria que es generalitzés l’ús de les variants de cablejat estructurat sobre fibra

òptica.

La realitat, però, és que la fibra òptica no s’ha imposat (ni de bon tros) al parell

trenat a les instal·lacions habituals. La raó principal és que les tècniques de fa-

bricació del cablejat, connectors i components han millorat. Aquesta millora

ha permès el pas d’amplades de banda de 10-20 MHz a 100 MHz. Però sobretot

la millora està venint per part dels equips emprats, que fan servir codificacions

de canal cada cop més complexes i que aprofiten més l’amplada de banda dis-

ponible dins d’un parell trenat. Ja es poden trobar a preus assequibles targetes

El medi de transmissió és el camí físic que separa dos components de

la xarxa.

Vegeu els medis de transmissió guiats i no guiats al subapartat 2.2 del mòdul “Transmissió de dades” d’aquesta assignatura.

Vegeu el cablejat estructurat en l’apartat 6.2 d’aquest mateix mòdul didàctic.

Vegeu la codificació de canal en el mòdul “Transmissió de dades” d’aquesta mateixa assignatura.


Gigabit Ethernet (1 Gbps) que funcionen sobre el mateix cablejat que reque-

reix Fast Ethernet (100 Mbps): categoria 5*.

Actualment, la competència al parell trenat no sembla que hagi de venir per

part de la fibra òptica (que de moment queda relegada a les LAN d’abast supe-

rior), sinó que arribarà abans per part de les LAN sense fil.

3.2. Xarxes d’àrea local sense fil

Les xarxes d’àrea local sense fil són les que fan servir un medi de transmissió

no guiat, per exemple la tecnologia per ràdio, els infrarojos o les microones.

Actualment, cal destacar les xarxes que funcionen en els 2,4 GHz i 5 GHz.

Aquestes dues subbandes (dins de les microones) són d’ús lliure, regulat a tots

els països del món.

– Ús lliure vol dir que no cal demanar permisos per a utilitzar transmissors en aquestesfreqüències, com sí que passa en la major part de l’espectre radioelèctric.

– Regulat es refereix al fet que els transmissors no poden excedir de certes limitacions,bàsicament de potència transmesa*.

Això deixa el camp lliure a la implementació de LAN que aprofitin aquestes

bandes espectrals: en particular l’IEEE802.11 WiFi i l’IEEE802.15 Bluetooth.

Les xarxes sense fil tenen un camp d’aplicació amplíssim:

• LAN per a equips portàtils. En LAN on els terminals són ordinadors portà-

tils, que es mouen dins dels despatxos o d’una àrea reduïda.

• LAN de baix cost. Encara que els equips no siguin mòbils, en certs àmbits

la instal·lació del cablejat d’una LAN (cablejat estructurat o no) pot ser cos-

tosa, tant pel que fa al preu del mateix cable com, sobretot, per les obres i

reformes que cal fer a l’edifici. Les xarxes sense fil obvien aquest cost. Peti-

tes oficines, edificis antics o, fins i tot, llars particulars són els principals

destinataris d’aquestes xarxes.

• Interconnexió de sistemes personals. La interconnexió d’ordinadors portà-

tils, teclats, ratolins, impressores, telèfons mòbils, etc. es pot solucionar

també fent servir aquest tipus de tecnologia.

* Fins i tot el grup de treball de l’Ethernet a 10 Gpbs està estudiant la possibilitat de fer servir aquest

mateix tipus de cablejat.

* Són les que es coneixen com bandes ISM, o Industrial,

Scientific and Medical bands.

Vegeu la descripció d’aquests estàndards a l’apartat 6 d’aquest mòdul didàctic.

Aquesta mena de LAN es descriuen a l’estàndard IEEE802.11




4. Topologies en una xarxa d’àrea local

La topologia en una xarxa d’àrea local és un dels paràmetres que influeixen

més en el disseny de la xarxa.

Les topologies que es fan servir més en les LAN cablejades són la topologia en

bus, la topologia en anell i la topologia en estrella. Si bé les LAN sense fil

són topològicament equivalents a un bus, les tractarem com un cas a part.

Tot seguit, veurem que el fet de tenir una topologia o una altra pot influir en

la manera com es distribueix la informació pel medi de transmissió.

4.1. Topologia en bus

El funcionament d’un bus està determinat per les característiques següents:

• Totes les estacions es connecten al bus per mitjà d’una presa de connexió*.

La presa de connexió és una interfície de connexió passiva; és a dir, no re-

genera el senyal transmès. Les preses de connexió no interrompen la con-

tinuïtat del medi de transmissió.

• Els dos extrems del bus acaben en una resistència o terminador, que té la

funció d’eliminar o absorbir el senyal transmès. Cal esmentar que quan el

senyal arriba al final del bus, no hi ha d’haver reflexions elèctriques (soroll

d’eco) que interfereixin el senyal transmès posteriorment.

• El senyal que transmet una estació es propaga en ambdós sentits al llarg del

bus. Quan el senyal digital arriba a la resistència, aquesta l’absorbeix i l’eli-

mina.

• Les preses de connexió propaguen el senyal tant al llarg del bus com vers

l’estació connectada a aquesta presa. La transmissió i la recepció s’efectuen

per un mateix conducte en una o una altra direcció alternativament; per

tant, és del tipus HDX*.

Podem definir una topologia com la manera en què les estacions es

connecten al medi de transmissió.

Un bus és un medi de transmissió lineal amb preses de connexió, a les

quals es connecten les estacions mitjançant enllaços punt a punt.

* En anglès, la presa de connexió s’anomena tap.

Vegeu el soroll d’eco al subapartat 4.1.3. del mòdul “Transmissió de dades” d’aquesta assignatura.

* HDX és l’abreviacióde half duplex.


La figura anterior mostra diverses estacions connectades a un bus. L’estació A

accedeix al medi de transmissió i emet una trama. Podem observar dos aspectes:

1) El senyal que codifica la trama MAC es propaga en ambdues direccions del bus

(és bidireccional), i totes les estacions en reben una còpia: és una xarxa per difusió.

2) Si dues estacions transmetessin una trama al mateix temps, els dos senyals

se sumarien i els receptors serien incapaços de descodificar ni l’un ni l’altre. De

fet, n’hi ha prou amb què algun bit de la trama se superposi a altres bits d’una

altra trama perquè es corrompin totes dues. Per això cal definir uns criteris d’ac-

cés al medi que controlin quina estació pot emetre en cada moment.

4.2. Topologia en anell

Un anell és un conjunt de repetidors connectats entre si amb enllaços HDX

punt a punt que formen un llaç tancat. Les estacions es connecten a l’anell per

mitjà dels repetidors amb un enllaç FDX*, també punt a punt, i el senyal es

propaga per l’anell unidireccionalment.

En la topologia d’anell, un repetidor és un dispositiu actiu que regenera i re-

transmet els bits cap al repetidor següent. Un repetidor permet que una esta-

ció reconegui patrons de bits o que modifiqui, si escau, els que retransmet.

Regeneració del senyal

Cal aclarir el terme regenerar. Suposeu que un repetidor transmet un senyal digital utilit-zant, per exemple, una codificació de canal com podria ser la codificació Manchester.Quan aquest senyal arribi al repetidor següent, el medi l’haurà pertorbat per atenuació,soroll i distorsió. El repetidor recupera el senyal i el torna a retransmetre en el seu formatoriginal. És, per tant, un element actiu. Penseu que en la topologia en bus, les preses deconnexió eren elements passius que simplement propagaven el senyal amb totes les per-torbacions adquirides en els trams anteriors.

* FDX és l’abreviació de full duplex.

Repetidors

El concepte repetidor no és ex-clusiu de la topologia en anell. De fet un repetidor és un siste-ma capaç de millorar la quali-tat del senyal codificat en un circuit de dades. Usualment es fan servir per a ampliar l’abast dels circuits de dades, posant-ne un cada certa distància per a corregir els problemes de la línia.


La figura següent mostra una xarxa amb una topologia en anell. L’estació A

transmet una trama que flueix per l’anell:

És evident que l’estació transmissora A ha d’eliminar la trama perquè els bits

no flueixin indefinidament per l’anell: el repetidor de l’estació A no ha de re-

generar els bits de la trama una segona vegada per l’anell. Per això els repeti-

dors poden treballar en tres estats diferents:

1) Repetidor en estat de transmissió, és l’estat propi del repetidor d’una es-

tació que vol transmetre una trama al medi.

Un repetidor en estat de transmissió efectua els passos següents:

a) El repetidor rep els bits de l’estació i els retransmet al repetidor següent.

b) Quan el repetidor rep els bits del repetidor anterior, els passa a l’estació.


c) El repetidor de l’estació transmissora rep de nou la trama transmesa, que

ha recorregut tot l’anell. L’estació pot comprovar que els bits són correctes

com a mètode de confirmació que la trama ha arribat correctament abans

d’eliminar-la de l’anell.

2) Repetidor en estat d’escolta, és l’estat propi dels repetidors de la resta d’es-

tacions de l’anell, les que esperen rebre trames.

Un repetidor en estat d’escolta efectua els passos següents:

a) El repetidor rep una trama procedent del repetidor anterior.

b) El repetidor copia cada bit de la trama i el transmet a l’estació en estat d’es-

colta.

c) Al mateix temps, el repetidor regenera i retransmet cada bit cap al repetidor

següent. Aquests bits experimenten un retard que, com a mínim, serà aproxi-

madament el temps de transmissió d’un bit per un enllaç a velocitat vt, on vt

és la velocitat de transmissió de l’anell. Recordeu que aquest temps és l’invers

de la velocitat de transmissió. En cas que en comptes d’experimentar un retard

d’un bit experimentés un retard equivalent a B bits, el retard

en el repetidor seria:

El repetidor pot aprofitar aquest retard per a efectuar algunes funcions com-

plementàries:

– Buscar patrons de bits.

– Modificar algun bit de la trama abans de retransmetre-la al repetidor

següent.

Trepetidor B vt⁄=

Trepetidor B vt⁄=

Exemples de recerca de patrons de bits

Detecció d’un bit determinat que li doni permís per a trans-metre (accés al medi).

Detecció del camp d’adreça MAC de destinació de les tra-mes per a saber si la seva esta-ció és l’estació de destinació de la trama MAC.


Exemple de modificació de bits de la trama

Una estació receptora podria activar un bit al final de la trama si aquesta trama s’haguésrebut correctament. Així, quan la trama tornés a l’estació transmissora, aquesta estaciópodria, en detectar aquest bit, assumir que la transmissió de la trama s’ha efectuat ambèxit. Aquesta estratègia de confirmació pot substituir un protocol de control d’errors enel nivell LLC.

3) Repetidor en estat de curtcircuit o bypass: En aquest estat, una estació

queda aïllada de l’anell. A la pràctica, és com si només hi hagués una línia de

transmissió. Per tant, en un estat de curtcircuit, l’únic retard que el repetidor

introdueix en l’anell és el retard de propagació.

El propòsit de l’estat de curtcircuit és que quan l’estació estigui desconnectada,

l’anell no quedi obert, impedint així la regeneració i retransmissió dels senyals

que li arriben.

4.3. Topologia en estrella

En una topologia en estrella totes les estacions estan connectades a un node

central per mitjà d’enllaços punt a punt.


El node central, com indica la figura, pot ser:

• Un concentrador (en anglès, hub). La idea és que el concentrador imple-

menti interiorment una de les topologies que acabem de veure (anell o

bus). Físicament és una estrella, però lògicament es comporta com un anell

o com un bus. Quan una estació transmet una trama, el concentrador la

retransmet per tots els ports de sortida, de manera que totes les estacions

en reben una còpia.

• Un commutador (en anglès, switch). Quan una estació transmet una trama,

el commutador la filtra segons l’adreça de destinació i només la transmet

pel port de sortida a què està connectada l’estació a la qual va destinada.

A la figura anterior podem veure com funcionaria una LAN amb topologia fí-

sica en estrella i topologia lògica en bus. La figura següent mostra la diferència

entre un concentrador i un commutador:

• En el concentrador, l’estació B transmet una trama amb destinació l’estació C.

Però totes les estacions la reben. L’estació C haurà de detectar l’adreça MAC de

destinació per a esbrinar si la trama és per a ella. La resta d’estacions descarta-

ran la trama en detectar l’adreça MAC de destinació.

• En el commutador, l’estació B transmet una trama amb destinació l’estació C.

Ara és el commutador el que filtra l’adreça MAC i només retransmet la trama

per un port de sortida, el de l’estació C. Simultàniament, l’estació D es pot co-

municar amb l’estació A.

A part de la distinció entre commutadors i concentradors (i sobre la qual apro-

fundirem més endavant en aquest mateix mòdul), és interessant veure els

avantatges purament topològics de les xarxes en estrella.


Per una banda, les xarxes en estrella són tolerants a fallades del sistema de

manera més robusta que les d’anell o bus:

• En un anell, un tall segmenta la xarxa i, en ser unidireccional, s’impedeix

el flux de senyal.

• En un bus, un tall deixa la xarxa dividida en dos segments aïllats i mal ter-

minats; per tant, fora de servei.

FDDI

Aquest estàndard de LAN sobre topologia en anell corregeix aquest problema utilitzantdos anells unidireccionals contrarotatoris. Un tall reconfigura els dos anells de maneraque el senyal resol el tall tornant per l’altre anell. El DQDB també resol el problema d’unamanera similar.

En canvi, en una xarxa en estrella el tall en un enllaç deixa sense servei única-

ment el terminal associat; la resta pot seguir operant igualment.

Per a l’administrador de la xarxa, la topologia en estrella presenta dos avantat-

ges fonamentals:

• Abarateix el manteniment. En cas de mal funcionament l’administrador

localitza el punt conflictiu més fàcilment: el problema és un braç de l’estre-

lla, no la LAN sencera.

• Totes les connexions estan centrades en un punt.

Cal tenir present que topològicament una estrella és un cas degenerat de bus

o d’anell. Si reduïm mentalment un bus o un anell a un punt (tot mantenint

els terminals al seu lloc), podem seguir pensant en termes de busos i d’anells,

però aprofitant la “robustesa topològica” de l’estrella. Estàndards com Ether-

net, token ring, etc. han evolucionat cap a estrella, mantenint la seva topologia

lògica, en bus i anell respectivament.

Altres xarxes tradicionals, com la telefònica, també utilitzen aquesta topolo-

gia, cosa que ha accelerat la unificació d’infraestructures de cablejat amb una

mateixa configuració.

4.4. Pseudotopologies sense fil

Parlar de topologies sense fil no és del tot correcte ja que, en realitat, la confi-

guració dels terminals és equivalent a un bus. El bus és l’única topologia dis-

ponible en xarxes sense fil, ja que tots els terminals estan connectats per mitjà

d’un únic medi de transmissió.

Recordeu

Una xarxa en bus requereix ter-minadors per a evitar el soroll d’eco.

Terminologia

Entenem per topologia lògica el model de connexió dels termi-nals, per oposició a topologia físi-ca, o simplement topologia, que emprarem quan ens referim a la configuració del cablejat.


En un anell o en una estrella, de fet, es disposa de n medis de transmissió in-

dependents (línies de transmissió) que interconnecten un terminal al següent

(en l’anell), o al concentrador (en l’estrella).

Això no obstant, tractem el “bus sense fil” com un cas a banda per ressaltar-

ne els aspectes diferencials:

• Visibilitat parcial. En un bus, els dos terminals més llunyans han de trans-

metre amb prou potència per a rebre el senyal l’un de l’altre. En canvi, en

xarxes sense fil dos terminals poden no tenir connexió directa entre ells,

però sí amb un tercer terminal intermedi. Això pot ser per dues raons: o

bé per excessiva llunyania dels terminals extrems, o bé per ombres de se-

nyal produïdes per obstacles.

• Mobilitat. Els equips són mòbils, per tant els retards, la potència, la relació

senyal-soroll, etc. no són factors estables durant el transcurs d’una comu-

nicació.

• Half duplex. En l’actualitat no és possible fer radiotransmissors full duplex

(dins d’una mateixa freqüència). Això impedeix implementar protocols

com CSMA/CD a bastament utilitzats en cablejats en bus.

• Seguretat. Una xarxa sense fil no està limitada a un conjunt de punts de con-

nexió. L’accés està disponible dins d’una àrea, o millor dit, d’un volum amb

unes dimensions imprecises definides pel radi d’acció de les antenes ins-

tal·lades a cadascun dels terminals. Qualsevol terminal aliè a la LAN que pas-

si pel radi d’acció d’aquestes antenes podrà “escoltar” el trànsit de la LAN*.

Això exigeix que aquestes xarxes facin servir procediments criptogràfics

per a protegir el trànsit dels legítims usuaris contra atacs malèvols.

L’IEEE802.1x o l’IPSec són estàndards basats en criptografia (xifratge, integritat i auten-ticació) que ofereixen un nivell de seguretat suficient per a protegir les dades en trànsitcontra la còpia i manipulació per terceres parts.

Tots aquests factors són determinants a l’hora de dissenyar els protocols per a

les LAN sense fil, com veurem més endavant.

CSMA/CD

Tot i que el CSMA/CD és un protocol half duplex (només transmet en una direcció en cada moment), les targetes de transmissió han de poder detectar transmissions d’altres per a fer la detecció de col·lisi-ons (CD). Per això no es pot ferservir el CSMA/CD en xarxes sense fil.

* En argot de seguretat això s’anomena “ensumar” (sniffing)

o “punxar/derivar la línia” (wire tapping). En xarxes sense fil segurament la variant “ensumar”

és més apropiada.

Podeu veure els protocols de les LAN sense fil a l’apartat 5.4. d’aquest mòdul didàctic.


5. Control d’accés al medi

Hem vist que, independentment de la topologia que faci servir una LAN, totes

les estacions comparteixen un únic medi de transmissió que només pot fer ser-

vir una estació en cada moment: ja que el senyal que aquesta estació envia es

difon per tot el medi i l’ocupa i impedeix, per tant, que cap altra estació pugui

transmetre alhora.

L’estació que transmet ha de tenir la certesa que és l’única que ho fa en aquell

moment i, a més, ha de donar a altres estacions la possibilitat d’enviar dades.

No pot, per tant, ocupar el medi indefinidament.

L’algorisme de control d’accés al medi s’encarrega de repartir de manera or-

denada, equitativa i eficient l’ús d’aquest recurs únic (el medi de transmissió)

entre un conjunt d’estacions usuàries.

El MAC proporciona un servei d’accés múltiple als usuaris de la xarxa.

Com ja hem esmentat, la unitat d’informació és la trama MAC. Com que una

LAN, per definició, és una xarxa de difusió, les trames es propaguen pel medi

i totes les estacions les reben. Per tant, és necessari identificar les estacions

d’origen i de destinació i transmetre aquesta informació juntament amb les

dades que ens proporciona el nivell superior. A partir de l’adreça MAC de des-

tinació, les estacions poden deduir si la trama és per a elles i, a més, utilitzant

l’adreça MAC d’origen, qui els envia la informació. En cas que una estació rebi

una trama amb una direcció MAC de destinació que no coincideixi amb la se-

va, l’estació es limitaria a eliminar-la.

S’han proposat una gran quantitat de protocols de control d’accés al medi

per a tota mena de xarxes, tant per a xarxes cablejades com per a xarxes sense

fil. Actualment, l’accés al medi és un tema d’estudi molt important en les co-

municacions mòbils, en què un usuari amb un terminal de dades es pot mou-

re contínuament.

Els protocols de control d’accés al medi bàsics es poden classificar en tres

grans grups:

• Control d’accés al medi estàtic.

El control d’accés al medi (MAC) és un mecanisme que decideix quina

estació pot accedir en cada moment al medi per a transmemetre una

trama d’informació.


• Control d’accés al medi dinàmic.

– Accés dinàmic per control centralitzat.

– Accés dinàmic per control distribuït.

• Control d’accés al medi aleatori.

Cada un d’aquests accessos al medi té avantatges i inconvenients, i s’aplica a

xarxes molt diferents. Els protocols que han triomfat més en les LAN cableja-

des han estat un per control distribuït (xarxes token ring o xarxes en anell amb

pas de testimoni) i un altre de tipus aleatori (xarxes Ethernet amb topologia

en bus o estrella i accés al medi CSMA/CD). En xarxes sense fil es fa servir una

combinació de control d’accés al medi estàtic (FDMA/CDMA) i aleatori (CS-

MA/CA). Tots aquests protocols s’expliquen a continuació.

5.1. Control d’accés al medi estàtic

El control d’accés al medi estàtic, anomenat també accés al medi per reserva,

consisteix en mecanismes que es basen en el repartiment del medi entre els

diferents usuaris, bé repartint-se una porció de temps, o bé una porció de l’am-

plada de banda. Dos dels mecanismes principals (TDMA i FDMA) fan servir al-

gunes de les idees aplicades a xarxes de gran abast (multiplexació per divisió

en el temps i multiplexació per divisió en freqüència).

5.1.1. Accés múltiple per divisió en el temps

Cada estació transmet en la seva ranura de temps. Suposem que la xarxa té els

paràmetres següents: N usuaris, una capacitat del canal de C bits per segon (b/s

o bps) i una longitud de les trames de L bits.

Si la durada d’una ranura de temps es correspon amb la longitud d’una trama

MAC, tindrem el següent:

• Temps de transmissió d’una trama segons (en aquest cas

coincideix amb la durada d’una ranura).

• Temps entre la transmissió de dues trames consecutives que pertanyen a la

mateixa estació: (N − 1)L/C segons.

L’accés múltiple per divisió en el temps (TDMA*) consisteix a dividir el

canal (medi de transmissió) en ranures de temps (slots) que s’assignen

estàticament a les estacions (usuaris).

Els conceptes de multiplexació per divisió en freqüència i multiplexació per divisió en el temps es tracten en el mòdul “Transmissió de dades” d’aquesta mateixa assignatura.

* TDMA és la sigla de l’expressió anglesa Time Division Multiple

Access.

MAC tt L C⁄= =


5.1.2. Accés múltiple per divisió en freqüència

Suposem que la xarxa té els paràmetres següents: N usuaris i una amplada de

banda del canal de BW Hz.

En un accés múltiple per divisió en freqüència (FDMA*) es divideix l’amplada

de banda BW del medi de transmissió en N subcanals. S’assigna un subcanal a

cada estació perquè hi transmeti la seva informació. Aleshores, tenim una am-

plada de banda d’un subcanal de BWi ≈ BW/N (de fet, una mica menys, ja que

entre subcanal i subcanal hi ha una amplada de banda de guarda perquè no se

superposin).

5.1.3. Accés múltiple per distinció de codis

El CDMA* va ser introduït per primer cop en sistemes militars per la seva ro-

bustesa enfront de diferents tipus d’interferència.

El funcionament del CDMA es basa en què tots els terminals transmetin dins

de la mateixa banda (100% d’encavalcament entre terminals) i simultània-

ment. És a dir, com un FDMA però amb tots els canals superposats.

* FDMA és la sigla de l’expressió anglesa Frequency Division Multiple

Acces.

* CDMA: Code Division Multiple Access. La traducció literal seria

‘Accés Múltiple per Divisió de Codi’,però és més acurada la proposada

com a títol.


A partir d’aquesta descripció, el CDMA no podria funcionar* si tots els termi-

nals transmetessin amb la mateixa potència, ja que el senyal resultant seria un

aiguabarreig indesxifrable.

Però el CDMA permet al terminal receptor disminuir la “potència equivalent”

de tots els terminals, a excepció del transmissor desitjat, per un procés mate-

màtic senzill. Això fa que el senyal rebut ressalti sobre la resta, de manera que

els senyals “no desitjats” es puguin tractar simplement com soroll residual.

El procediment es basa en augmentar la redundància del senyal transmès per tal

que sigui “fàcilment deduïble”: els uns i els zeros de la seqüència de bits que es

transmet se substitueixen per una seqüència de n bits per als uns, i la seqüència

inversa per als zeros, diferent per a cada canal. Aquesta seqüència és el codi.

Exemple

Per facilitar l’explicació, suposarem que la seqüència està formada per senyals

positius i negatius. Per exemple:

En aquest exemple, la transmissió resultant cal transmetre-la quatre cops més

ràpidament que la seqüència original. Per tant, per a una mateixa modulació,

l’amplada de banda serà quatre vegades més gran.

Seguint amb l’exemple, el que ha de fer el receptor és aplicar el “codi” multi-

plicant-lo al senyal rebut. Així, en cada cas:

1: +1; +1; –1; +1

0: –1; –1; +1; –1

(+1) · (+1) + (+1) · (+1) + (–1) · (–1) + (+1) · (+1) = +4 ⇒ “1”

(+1) · (–1) + (+1) · (–1) + (–1) · (+1) + (+1) · (–1) = –4 ⇒ “0”

* En l’FDMA, es podia donar ús simultani del medi perquè cada terminal feia servir una banda d’espectre diferent de la resta.


Si el receptor rep la transmissió d’un altre terminal, el senyal estarà codificat

amb un altre codi i, per tant, el resultat estarà atenuat respecte del senyal que

ha de rebre. Per exemple, si el codi d’aquest altre terminal fos el següent:

En descodificar-lo, el primer terminal obtindria el següent:

Aquest codi generaria una interferència nul·la sobre el senyal anterior. Això,

però, només passa en codis ortogonals, i no tots els codis poden ser ortogonals

entre si. En aquests casos, els senyals contribueixen al senyal final de manera

atenuada. Per això diem que el procediment CDMA atenua els canals no de-

sitjats i/o amplifica el canal desitjat. El factor d’amplificació ve donat pel nom-

bre n de símbols que generem per cada bit. Com més gran sigui aquest valor,

millor serà la relació senyal-soroll (entenent com a soroll la resta de sistemes).

Però també serà més gran (n vegades) l’amplada de banda necessària (en LAN

i en telefonia es fan servir codis de centenars de bits).

Utilitzar seqüències fixes per a cada bit no és l’única manera d’afegir redun-

dància. Una manera comuna d’implementar el CDMA és generar seqüències

pseudoaleatòries a partir d’una llavor (seed). En aquest cas, el terminal trans-

missor i el receptor han de conèixer la llavor per a generar el mateix codi ca-

dascú. Per tant, els codis no són repetitius com s’ha explicat abans, sinó

diferents. Això sí, la seqüència és coneguda pel receptor legítim, que serà

l’únic capaç no només de descodificar-la, sinó també de detectar el senyal en-

tre el soroll. Aquesta propietat és molt interessant per a mantenir la confiden-

cialitat de la transmissió, sobretot si es té en compte que el CDMA és un

procediment bàsicament pensat per a radiotransmissió.

Activitat

Proveu de sumar els dos senyals i veureu que, si s’aplica el procediment de CDMA, el se-gon no pot interferir en el primer.

5.1.4. Valoració del control d’accés al medi estàtic

Els mecanismes estàtics presenten l’inconvenient principal que si una estació

no té informació per a transmetre, la resta de les estacions no poden aprofitar

el canal, de manera que s’estan desaprofitant els recursos de la xarxa.

1: +1; –1; –1; –1

0: –1; +1; +1; +1

(+1) · (+1) + (+1) · (–1) + (–1) · (–1) + (+1) · (–1) = 0 ⇒ res

(+1) · (–1) + (+1) · (+1) + (–1) · (+1) + (+1) · (+1) = 0 ⇒ res


Desaprofitament dels recursos de la xarxa

Presentem alguns exemples dels desavantatges dels esquemes que acabem de descriure:

a)Hem vist que en un sistema TDMA una estació pot transmetre trames cada (N −1) ra-nures de temps. Si una estació no té trames per a transmetre, però n’hi ha una altra quesí que en té, hi haurà ranures buides que l’estació que té informació per a transmetre nopodrà fer servir.

b)En el cas d’un sistema FDMA, passarà el mateix amb els subcanals d’amplada de bandaBW/N Hz.

Penseu què passaria si en una autopista d’uns quants carrils no es permetés que els cotxescanviessin d’un carril a un altre. Podria passar que en un carril hi hagués molts cotxes,mentre que un altre aniria pràcticament buit. Aquesta autopista seria més ineficient queuna altra en què es permetés que els cotxes canviessin de carril quan el que se’ls haviaassignat estigués molt ocupat.

Els mecanismes estàtics ofereixen un rendiment elevat si la xarxa està molt

carregada; és a dir, si totes les estacions tenen sempre informació per a trans-

metre. Aquesta no és la situació d’una LAN, on el flux de trànsit és majoritària-

ment de dades.

Dades, veu i imatge

Hi ha autors que parlen de dades per a referir-se a la transmissió de qualsevol tipus d’in-formació, independentment de la seva aplicació (veu, vídeo, imatges, text, etc.).

Ara bé, la transmissió d’aquestes aplicacions requereix diversos tipus de restriccions tem-porals. Per exemple, la veu i el vídeo es transmeten en temps real, mentre que les imatges(fotografies) i el text no necessiten ser transmesos en temps real.

Per aquest motiu molts autors diferencien transmissió d’aplicacions en temps real (engeneral, veu i vídeo), i transmissió d’aplicacions en temps no real (comunament, aplica-cions de dades).

Les aplicacions de dades produeixen trànsit a ratxes. En diem a ratxes* perquè les

estacions han de transmetre una trama rere l’altra (una ratxa de trames) durant

un temps, i després han de deixar de transmetre, o fer-ho a una velocitat més bai-

xa. Això vol dir que les estacions accedeixen al medi durant intervals curts i espo-

ràdics de temps. Amb mecanismes d’assignació estàtics com el TDMA o l’FDMA i

aquest tipus de trànsit a ratxes, la xarxa no pot obtenir rendiments alts. Els rendi-

ments serien més bons si el trànsit fos continu.

Ens interessen mecanismes que ofereixin bons rendiments amb un trànsit de

dades.

Un segon inconvenient és la dificultat d’assignar més canals si hi ha nous usuaris

(estacions) que es vulguin unir a la xarxa. Si hi ha N estacions (N canals), què passa

si volem afegir una estació nova al sistema?

Ens interessen mecanismes en què sigui senzill connectar i desconnectar dinàmi-

cament estacions noves a la xarxa sense que això n’afecti gaire el funcionament.

* El mot anglès equivalent a l’expressió “a ratxes” és bursty.


Però no tot són inconvenients en els mecanismes estàtics. Hi ha aplicacions,

que no produeixen trànsit a ratxes sinó que, al contrari, poden produir un

trànsit constant; és a dir, informació cada període de temps. A més, són apli-

cacions en què pot ser necessari que el retard sigui constant per a totes les tra-

mes; és a dir, que les trames no experimentin retards gaire diferents. Aquestes

característiques són les que ofereix precisament un TDMA.

Per a trànsit de veu i vídeo en temps real, un mecanisme estàtic d’accés al medi

pot oferir molt bons rendiments.

Aquestes tècniques es fan servir poc en LAN cablejades. Però, per exemple, són tècniquesque s’utilitzen en telefonia mòbil (Global System for Mobile communications o GSM).

5.2. Control d’accés al medi dinàmic

De la lectura de l’apartat anterior es desprèn que interessa trobar mecanismes

d’accés adequats per al trànsit a ratxes; és a dir, que les estacions puguin ac-

cedir al medi de manera que si una no té trànsit no ocupi el canal. Aquesta

mena de control es pot obtenir tant mitjançant mecanismes d’accés dinà-

mics com aleatoris.

En aquest apartat ens ocuparem de l’accés dinàmic.

5.2.1. Accés dinàmic per control centralitzat

L’accés dinàmic per control centralitzat usa tècniques d’enquesta (polling) amb

una topologia en estrella. Un node central s’encarrega d’esbrinar les necessi-

tats de cada estació. L’accés al medi s’efectua per mitjà de peticions i respostes

entre les estacions i el centre. Les estacions envien peticions abans de trans-

metre les trames. El concentrador fa un torn rotatori (round robin) entre els

seus ports d’entrada i dóna accés amb una resposta a una de les estacions que

hagi efectuat una petició.

Torn rotatori

Un torn rotatori, o round robin, és un algorisme de planificació pel qual es controla l’ordre detransmissió seguint un ordre numèric; per exemple, el del número de port (primer transmetel port 1, després, el port 2, etc. i quan s’arriba a l’últim port es torna a començar pel primer).

5.2.2. Accés dinàmic per control distribuït

L’accés dinàmic per control distribuït és més efectiu amb topologies en bus o

en anell, en què no hi ha cap node central i les estacions estan distribuïdes al

llarg del medi de transmissió.

Vegeu el control d’accés al medi aleatori al subapartat 5.3 d’aquest mòdul didàctic.

Estàndard IEEE-802.12

L’estàndard IEEE-802.12, tam-bé anomenat 100VG-AnyLAN, fa servir un accés al medi basat en enquestes. Aquest tipus de LAN està estandarditzat per l’IEEE, però no ha triomfatcomercialment.


Una de les polítiques d’accés al medi distribuït que es fan servir més és la po-

lítica d’accés per pas de testimoni*. Aquest tipus de mecanisme té les caracte-

rístiques següents:

a) Es pot fer servir tant en topologies en bus com en anell.

b) Es basa en la generació d’una trama especial coneguda com testimoni (token).

c) L’estació que té el testimoni pot transmetre trames. Si la transmissió és no

exhaustiva, només pot transmetre una trama; si és exhaustiva, en pot transmetre

més d’una.

d) Quan una estació acaba de transmetre, allibera el testimoni i l’estació se-

güent que vulgui transmetre el recull.

e) Les estacions que vulguin transmetre i no tinguin el testimoni hauran

d’emmagatzemar les trames a punt per transmetre en una memòria intermè-

dia* i esperar que els arribi el seu torn; és a dir, que els arribi el testimoni.

Ara cal decidir a qui es passa el testimoni un cop s’ha transmès una trama. La

solució més simple és formar un anell lògic entre les estacions; és a dir, imposar-

hi un ordre o una numeració lògica, de manera que quan una estació acabi de

transmetre passi el testimoni a una altra estació, que serà sempre la mateixa.

Si assumim una topologia física en anell, és molt senzill triar aquest ordre.

L’anell lògic coincideix amb l’anell físic. Per exemple, en la figura següent es

pot veure com es pot imposar el mateix ordre en què estan situades les estaci-

ons per a passar el testimoni: A → B → C → D → A.

* En anglès, token passing.

Nota

Per simplificar, en la resta del mòdul assumirem que la trans-missió és no exhaustiva i que, per tant, les estacions transme-ten només una trama i allibe-ren el testimoni.

* En anglès, buffer.


En canvi, en una topologia en bus l’ordenació física de les estacions no té per-

què coincidir amb l’ordenació lògica del pas del testimoni. Per exemple, si l’or-

denació física és A → B → C → D, hem imposat una ordenació lògica del pas

de testimoni A → C → D → B → A.

Estàndards per a anell i bus amb pas de testimoni

L’estàndard per a anell amb pas de testimoni (token ring) és l’IEEE-802.5 i l’estàndard pera bus amb pas de testimoni (token bus) és l’IEEE-802.4. Cal aclarir que el bus amb pas detestimoni no va triomfar mai comercialment. L’IEEE va estandarditzar diverses topologiesamb accés al medi per pas de testimoni, però després la indústria va anar per altres camins.IBM va apostar per un MAC basat en la topologia en anell amb pas de testimoni i cap altraempresa no va aconseguir comercialitzar amb èxit el bus amb pas de testimoni. Per tant, cen-trarem l’estudi de l’accés al medi per pas de testimoni en les topologies en anell. Si teniucuriositat per saber com funciona un token bus, podeu consultar l’estàndard IEEE-802.4o algun dels llibres de la bibliografia.

Anells amb pas de testimoni

Abans de descriure el funcionament dels anells amb pas de testimoni, cal definir

els paràmetres que ens permetran estudiar i avaluar el rendiment dels anells.

Lecturacomplementàries

Per a veure el funcionament d’una topologia en bus amb pas de testimoni, podeu consultar qualsevol de les obres següents, que trobareu referenciades a la bibliografia:

F. Halsall. Comunicación de datos, redes de computadoresy sistemas abiertos.W. Stallings. Comunicacionesy redes de computadores.

A.S. Tanenbaum. Redesde computadores.

Paràmetres en un anell

L’anell de la figura presenta les particularitats següents:• Longitud de l’anell: D (km).

• Velocitat de transmissió: vt (bps).

• M estacions.• Retard en els repetidors: B

(bits de retard per cada bit que passi el repetidor).

• Longitud de la trama MAC: L (bits).

• Longitud del testimoni: K (bits).


En l’anell definim els paràmetres següents:

a) Temps de transmissió d’una trama MAC (tt). Quocient entre la longitud

en bits de la trama MAC i la velocitat de transmissió de l’anell:

b) Temps de transmissió del testimoni (tk). Quocient entre la longitud en

bits del testimoni i la velocitat de transmissió de l’anell:

c) Temps de propagació de l’anell (tp). Quocient entre la longitud de l’anell

i la velocitat de propagació:

d) Temps de propagació entre dues estacions (tpk). Per simplificar els mo-

dels estudiats, assumirem que totes les estacions es troben a la mateixa distàn-

cia l’una de l’altra; és a dir, a D/M km:

e) Latència de l’anell (τ‘). Temps que un bit triga a recórrer l’anell. Aquest

temps té dos components: la propagació de l’anell (tp) i el temps que un bit es

retarda en cada un dels repetidors de l’anell (B/vt). Com que hi ha M estacions:

f) Temps d’ocupació de l’anell (Toi). Temps que transcorre des que una es-

tació transmet el primer bit d’una trama fins que l’estació següent pot trans-

metre el primer bit d’una trama. Com veurem més endavant, depèn del

funcionament de l’anell.

g) Eficiència màxima de l’anell (Umax). Percentatge màxim de temps en què

l’anell està ocupat transmetent informació de qualsevol estació:

ttLvt---- segons=

tkKvt---- segons=

tpDvp----- segons=

tpktp

M----- segons=

τ′ tpMBvt---------+=

Umaxt

Toi-------=

Recordeu

Hem assumit, per a tot el mò-dul, que les transmissions seranno exhaustives.


Aquest paràmetre ens dóna una idea del percentatge en què un anell està ocupat en con-dicions de càrrega màxima del sistema. Ens interessa que Umax sigui el més proper possi-ble a 1; és a dir, que la xarxa estigui ocupada transmetent informació el 100% del temps.

h) Velocitat efectiva d’una estació (vef). Velocitat a què una estació transmet

dades. La velocitat efectiva estarà delimitada entre un màxim i un mínim,

d’acord amb el funcionament de l’anell:

Si totes les estacions volen transmetre informació, obtindran la velocitat efec-

tiva mínima, ja que el medi és compartit per totes les estacions. En canvi, si

només transmet una estació, obtindrà la velocitat efectiva màxima:

i) Temps d’ocupació màxim de l’anell (Toi|max). Temps que passa des que

una estació transmet el primer bit de la trama fins que la mateixa estació pot

transmetre el primer bit de la trama següent, tenint en compte que totes les

estacions volen transmetre.

j) Temps d’ocupació mínim de l’anell (Toi⏐min). Temps que passa des que

una estació transmet el primer bit de la trama fins que la mateixa estació pot

transmetre el primer bit de la trama següent, tenint en compte que només vol

transmetre aquesta estació.

k) Eficiència de transmissió (Et). Quocient entre el camp de dades de la tra-

ma MAC i el total de bits de la trama MAC.

Els anells es divideixen en anells de baixa velocitat i anells d’alta velocitat

(a partir d’uns 16 Mbps). La diferència rau en els bits que l’anell pot recórrer

en un moment determinat. Per entendre aquest concepte, resoldrem l’activi-

tat que trobareu a continuació.

Activitat

En un anell d’1 km de longitud amb una vp del medi de 2 · 108 m/s, 50 estacions i un bit deretard en els repetidors, quants bits hi caben, si aquest té una vt de 4, 16 o 100 Mbps?

Solució

Per a resoldre aquesta pregunta, podem fer servir algun dels paràmetres descrits anterior-ment. El nombre de bits que caben en l’anell es correspon amb el retard mínim que hiha en l’anell; és a dir, la latència. Però cal normalitzar la latència a bits:

Ara calculem la latència per a cada cas. Cal recordar que la latència val:

Vegeu la velocitat efectiva al subapartat 3.2. del mòdul “Enllaç de dades” d’aquesta assignatura.

vef min vef vef max≤ ≤

vef mintt

Toi max

-----------------Etvt= vef vef max≤ ≤ tt

Toi min

----------------Etvt=

Vegeu la definició de l’eficiència de transmissió al subapartat 3.2. del mòdul “Enllaç de dades” d’aquesta assignatura.

Lvt---- τ′ L→ τ′vt= =

τ′ tpMBvt---------+=


Com a conseqüència, si sabem que la propagació val tp = D/vp = 5 µs:

Com haureu vist a partir de l’activitat anterior, a mesura que la velocitat de trans-

missió augmenta, la latència tendeix a valer la propagació, però a l’anell caben

més bits. El millor d’aquest resultat és que ens permet aplicar diferents estratègies

a l’hora d’alliberar el testimoni. És a dir, segons els bits que càpiguen en l’anell,

podem aplicar estratègies en què alliberem ràpidament el testimoni permetent

que hi circulin diverses trames per l’anell. Però hem de tenir present que, per

l’anell, sempre ha de poder circular com a mínim el testimoni; és a dir, τ‘ > tk.

Anells de baixa velocitat

Un anell de baixa velocitat pot treballar de dues maneres diferents: amb el sis-

tema single packet i amb el sistema single token.

Considerem la figura següent i suposem que l’estació A vol transmetre una tra-

ma a l’estació C. Assumim que l’estació A disposa del testimoni:

En un anell que treballi amb el sistema single packet l’estació transmis-

sora allibera el testimoni quan la trama transmesa ha estat completa-

ment eliminada de l’anell; és a dir, quan l’últim bit de la trama ha

circulat completament per l’anell i ha tornat a l’estació transmissora.

vt 4 Mbps τ′→ 17,5 µs L→ 70 bits= = =

vt 16 Mbps τ′→ 8,125 µs L→ 130 bits= = =

vt 100 Mbps τ′→ 5,5 µs L→ 550 bits= = =


El procediment que seguirà l’anell que treballa amb el mecanisme single packet

serà el que s’indica a continuació:

1) L’estació A transmet la trama amb adreça de destinació C. El repetidor de

l’estació A es troba en estat de transmissió.

2) La trama recorre l’anell. Quan passa pel repetidor de l’estació C, aquest de-

tecta que l’adreça de destinació és la seva i copia la trama. El repetidor de l’es-

tació C (i tots els repetidors que no estiguin en estat de curtcircuit) es troba en

estat d’escolta.

3) La trama continua circulant per l’anell.

4) Quan l’últim bit de la trama ha arribat a l’estació A, aquesta allibera el tes-

timoni.

5) El testimoni circula fins al repetidor de l’anell següent (el de l’estació B en

la figura), que el captura i inicia al seu torn el procés de transmissió.

Activitats

• Disposem d’una xarxa en anell amb accés al medi per pas de testimoni que fa servir latècnica single packet. Trobeu una expressió per a l’eficiència màxima de l’anell d’acordamb els paràmetres de l’anell (tt, τ‘, tpk, tk, M...).

Solució

Com hem esmentat abans, l’eficiència màxima és el quocient entre el temps de transmis-sió de la trama MAC i el temps d’ocupació de l’anell:

Umaxtt

Toi

-------=


Hem de calcular quin és el temps d’ocupació de l’anell quan treballa amb el mecanismesingle packet. Cal recordar que el temps d’ocupació d’un anell és el temps que transcorredes que una estació transmet el primer bit de la trama fins que l’estació següent pot trans-metre el primer bit d’una altra trama:

.

Tot seguit analitzem d’on prové aquesta expressió:

a) L’estació A té el testimoni i transmet el primer bit de la trama. El temps que triga elprimer bit de la trama a circular per tot l’anell és la latència τ‘.

b) L’estació continua transmetent bits. Quan ha transmès l’últim bit de la trama, aquestha de recórrer tot l’anell. El temps que ha transcorregut fins que l’últim bit de la tramaha circulat per l’anell i pot ser eliminat per l’estació transmissora és el temps en què l’úl-tim bit arribarà: τ‘ + tt ja que surt del transmissor tt segons més tard que el primer bit.

c) L’estació A allibera el testimoni (és un mecanisme single packet), que ha de circular desde l’estació A fins a l’estació següent. El primer bit del testimoni arribarà a l’estació se-güent en el temps que duri la propagació entre els dos repetidors, és a dir, tpk.

d) L’últim bit del testimoni arribarà a l’estació següent en un temps tpk + tk, ja que l’últimbit del testimoni surt tk segons més tard que el primer bit del testimoni.

e) Ara que l’estació següent disposa del testimoni, pot començar a transmetre la seva tra-ma, de manera que s’ha complert un cicle en el sistema.

Per tant, el temps d’ocupació serà la suma del temps en què la trama completa viatja perl’anell i el temps en què el testimoni viatja des de l’estació A fins a l’estació següent:

Toi = (τ‘ + tt) + (tpk + tk)

Podem expressar l’eficiència de l’anell de la manera següent:

El primer que podem observar en aquesta fórmula és que perquè Umax tendeixi a 1, Toiha de tendir a tt:

Umax → 1 si Toi → tt , és a dir, τ‘ + tpk + tk → 0

És evident que perquè τ‘ + tpk + tk → 0, cada un dels seus termes ha de tendir a 0. τ‘ és elterme que domina l’expressió, ja que tant tk com tpk acostumen a ser petits respecte a τ‘.Cal pensar que:

Tot seguit, proposem una altra activitat que il·lustra la manera de trobar expressions per a lavelocitat efectiva màxima i mínima de l’anell d’acord amb els seus paràmetres (tt, τ‘, tpk, tk, M...):

• Considerarem que disposem d’una xarxa en anell amb accés al medi per pas de testi-moni que fa servir la tècnica single packet. Cal assumir que la capçalera i el camp CRCde la trama MAC són negligibles davant del camp de dades, és a dir, que l’eficiència detransmissió és igual a 1.

Solució

Com hem esmentat anteriorment, la velocitat efectiva d’una estació està delimitada per unmínim i un màxim. Aquests límits depenen de l’ús de l’anell. Si l’anell és utilitzat per totesles estacions, una estació disposarà d’una velocitat efectiva mínima. Si només hi accedeixuna estació, aquesta obtindrà la velocitat efectiva màxima. Calcularem pas a pas les velo-citats efectives màximes:

1)Càlcul de la velocitat efectiva màxima:

Toi τ′ tt tpk tk+ + +=

Umaxtt

Toi

-------tt

τ′ tt tpk tk+ + +-------------------------------------= =

tkKvt

---- τ′«=

tpktp

M-----

tpMBvt

---------+⎝ ⎠⎛ ⎞

M-------------------------< τ′

M----- τ′«= =⎩

⎪⎪⎨⎪⎪⎧

Us recomanem que dibuixeu un diagrama de l’anell i que seguiu pas

a pas tots els punts descrits per calcular les velocitats i entendre així

els temps que hi intervenen.

vef maxtt

Toi max

-----------------Etvttt

Toi min

----------------vt= =


Toi⏐min és el temps d’ocupació mínim, considerant que només vol transmetre l’estaciótransmissora. Estudiem per passos com calcular aquest temps assumint que l’estació A téel testimoni i una trama preparada per a ser transmesa:

a)L’estació A transmet la trama MAC. Aquesta trama recorre l’anell i és eliminada perl’estació transmissora (la receptora haurà copiat la trama en detectar l’adreça de destina-ció). Han transcorregut τ‘ + tt segons.

b)Ara l’estació A allibera el testimoni (és un mecanisme single packet). El testimoni recorrel’anell. Com que cap estació no vol transmetre, el testimoni recorrerà tot l’anell completuna altra vegada fins a arribar a l’estació A (τ‘ + tk), que podrà transmetre la trama se-güent. Han transcorregut (τ‘ + tt) + (τ‘ + tk) segons.

2)Càlcul de la velocitat efectiva mínima:

En aquesta fórmula, Toi⏐max és el temps d’ocupació màxim, considerant que totes les es-tacions volen transmetre. Estudiem per passos com calcular aquest temps assumint quel’estació A té el testimoni i una trama preparada per a ser transmesa:

a)L’estació A transmet la trama MAC. Aquesta trama recorre l’anell i l’estació transmis-sora l’elimina (la receptora haurà copiat la trama en detectar l’adreça de destinació). Hantranscorregut τ‘ + tt segons.

b)Ara l’estació A allibera el testimoni (és un mecanisme single packet). El testimoni recorrel’anell. Com que l’estació següent (l’estació B) vol transmetre, capturarà el testimoni. Entotal han transcorregut (τ‘ + tt) + (tpk + tk) segons.

c) L’estació B transmet la seva trama MAC, que recorre l’anell. L’estació receptora la copiai l’estació B l’elimina. L’estació B allibera el testimoni, que serà capturat per l’estació se-güent (l’estació C). Han transcorregut (τ‘ + tt) + (tpk + tk) segons més.

d)Aquest procés es repeteix tantes vegades com estacions hi ha en l’anell, és a dir, M ve-gades. Al final, Toi⏐max = M · (τ‘ + tt + tpk + tk).

Finalment, com a resum, podeu veure que la velocitat efectiva en un anell que fa servirun mecanisme single packet i la seva eficiència de transmissió (Et) és igual a 1 i està limi-tada entre:



En un anell que treballi amb el mecanisme single token, l’estació trans-

missora allibera el testimoni quan la trama transmesa arriba una altra

vegada a l’estació després de circular per l’anell, és a dir, quan el primer

bit de la trama ha circulat completament per l’anell i ha tornat a l’esta-

ció transmissora.

vef maxtt

Toi min----------------vt

tt

2τ′ tt tk+ +----------------------------vt= =

vef mintt

Toi max

-----------------Etvttt

Toi max

-----------------vt= =

vef mintt

Toi max

-----------------vttt

M τ′ tt tpk tk+ + +( )------------------------------------------------vt= =

tt

M τ′ tt tpk tk+ + +( )------------------------------------------------vt vef

tt

2τ′ tt tk+ +----------------------------vt≤ ≤


El procediment que seguirà l’anell que treballa amb el mecanisme single token


a) L’estació A transmet la trama amb destinació l’estació C. El repetidor de

l’estació A es troba en estat de transmissió.

b) La trama recorre l’anell. Quan passa pel repetidor de l’estació C, aquest de-

tecta que l’adreça de destinació és la seva i copia la trama. El repetidor de l’es-

tació C i tots els repetidors que no estiguin en estat de curtcircuit estan en estat

d’escolta.


c) La trama continua circulant per l’anell.

d) Quan el primer bit de la trama arriba a l’estació A, aquesta allibera el testi-

moni. Mentre allibera el testimoni, els bits de la trama continuen arribant a

l’estació A.

e) El testimoni circula fins al repetidor següent de l’anell (el de l’estació B de

la figura), que el captura i comença, al seu torn, el procés de transmissió.

Activitat

Amb aquesta activitat veureu com es calcula l’eficiència màxima d’aquests anells:

Disposem d’una xarxa en anell amb accés al medi per pas de testimoni que fa servir latècnica de single token. Trobeu una expressió per a l’eficiència màxima de l’anell d’acordamb els paràmetres de l’anell (tt, τ‘, tpk, tk, M...).

Solució

Hem de calcular quin és el temps d’ocupació de l’anell si treballa amb el mecanisme singletoken. El primer que hem de tenir en compte és si l’estació A pot alliberar realment el tes-timoni quan rep el primer bit de la trama. Per què, si precisament hem definit el meca-nisme single token com un mecanisme que allibera el testimoni immediatament en rebreel primer bit?

La resposta és que quan el primer bit de la trama arribi a l’estació A és possible que aques-ta encara no hagi acabat de transmetre la trama. És a dir, el temps de transmissió de latrama és superior a la latència de l’anell. Dit d’una altra manera, la trama no cap dins del’anell. Considerem els dos casos:

• Si tt ≤ τ‘, la trama cap en l’anell i l’estació transmissora pot alliberar el testimoni en re-bre el primer bit de la trama (ha esperat τ‘ segons abans d’alliberar el testimoni): fun-ciona com un mecanisme single token.

En aquest cas, el temps d’ocupació valdrà Toi = τ‘ + tpk + tk, i l’eficiència màxima del’anell serà:

• Si tt > τ‘, la trama no cap en l’anell i l’estació transmissora no pot alliberar el testimonien rebre el primer bit de la trama. S’ha d’esperar a transmetre tota la trama (tt segonsen comptes de τ‘ segons) abans d’alliberar el testimoni.

En aquest cas, el temps d’ocupació valdrà Toi = tt + tpk + tk, i l’eficiència màxima del’anell serà:

Podem observar que la diferència entre les dues fórmules de l’activitat anterior

està en si cal esperar t‘ o tt segons abans d’alliberar el testimoni.

Anells d’alta velocitat

En un anell d’alta velocitat el nombre de bits que poden circular és més elevat

que en un anell de baixa velocitat. Això vol dir que és molt possible que es

compleixi la desigualtat tk + ntt < τ‘, és a dir, que en l’anell càpiguen diverses

trames (n trames). Per tant, es fa servir una tècnica anomenada early token

release, que consisteix a alliberar el testimoni immediatament després de

Umaxtt

Toi

-------tt

τ' tpk tk+ +--------------------------= =

Umaxtt

Toi

-------tt

tt tpk tk+ +--------------------------= =

Vegeu les expressions per a les velocitats efectives màxima i mínimaen un anell amb pas de testimoni i sistema single token als exercicis d’autoavaluació 7 i 8 d’aquestmòdul didàctic.


transmetre una trama, per tal que pugui començar a transmetre una altra esta-

ció immediatament. D’aquesta manera s’augmenta l’eficiència de l’anell. Quan

l’anell treballa amb aquesta tècnica es diu que treballa en sistema multiple token.



En un anell que funciona amb un mecanisme multiple token, l’estació

transmissora allibera el testimoni immediatament després de transme-

tre la trama; és a dir, quan ha emès l’últim bit de la trama.


El procediment que seguirà l’anell que treballa amb el mecanisme multiple token


1) L’estació A transmet la trama amb destinació l’estació C. El repetidor de

l’estació A està en estat de transmissió.

2) L’estació A transmet el testimoni immediatament després d’emetre l’últim

bit de la trama.

3) La trama i el testimoni recorren l’anell.

4) L’estació següent (la B) deixa passar la trama i captura el testimoni.

5) Mentre la trama continua circulant per l’anell vers l’estació C, l’estació B

pot generar una trama i alliberar el testimoni immediatament després, comen-

çant el seu cicle de transmissió.

6) Quan la trama A arriba a l’estació A, aquesta elimina la trama que havia

transmès i passa a l’estat d’escolta.

Amb el mecanisme multiple token, diverses estacions poden estar en estat de trans-

missió al mateix temps. Aquesta situació no representa cap problema, ja que una

estació en estat de transmissió pot reconèixer patrons de bits, decidir que

una adreça de destinació és la seva i copiar la trama.

Activitat

Disposem d’una xarxa en anell amb accés al medi per pas de testimoni que fa servir latècnica de multiple token. Trobeu una expressió per a l’eficiència màxima de l’anelld’acord amb els paràmetres de l’anell (tt, τ‘, tpk, tk, M...).

Solució

Hem de calcular quin és el temps d’ocupació de l’anell si treballa en sistema multiple token.Com sempre, cal deduir els temps a partir del funcionament de l’anell. És molt senzill.Quant temps transcorre des que una estació comença a transmetre fins que l’estació se-güent pot transmetre? Vegem-ho pas a pas:

a)L’estació A transmet i triga tt segons a emetre tota la trama.b)Immediatament transmet el testimoni i triga tk segons a alliberar-lo.c) El testimoni triga tpk segons a arribar a l’estació següent.

Per tant, Toi = tt + tk + tpk i l’eficiència màxima de l’anell val:

Aquest resultat és el mateix que el d’un anell que treballa en sistema single token quan tt > τ‘.

Per tant, podem concloure que un anell amb accés al medi amb pas de testimoni que tre-balla amb el mecanisme single token, en què es compleix que tt > τ‘, es comporta com unanell que treballa amb el mecanisme multiple token.

Umaxtt

Toi

-------tt

tt tpk tk+ +--------------------------= =

Vegeu les expressions per a les velocitats efectives màxima i mínimaen un anell amb pas de testimoni i sistema multiple token als exercicis d’autoavaluació 7 i 8.


5.3. Control d’accés al medi aleatori

En els MAC estàtics, cada terminal tenia accés tot el temps a una fracció n-ès-

sima de la capacitat del medi. En els MAC dinàmics, el terminal tenia accés du-

rant un fracció m-èssima de temps a tota la capacitat del medi. L’aparent

simetria entre una solució i l’altra no és tal –i d’aquí ve la millora dels MAC

dinàmics–, ja que en els dinàmics, m són els terminals que volen transmetre

(no inclou els que escolten) i, en canvi, n inclou tots els terminals de la xarxa.

En aquesta afirmació, aparentment hi ha un contrasentit: quan dos o més ter-

minals pretenguin gaudir d’aquestes prestacions, el medi no ho podrà suportar.

Si suposem, però, que cada terminal només transmet de manera esporàdica, el

sistema té una eficiència màxima, ja que no cal aplicar-hi cap algorisme. Dit

d’una altra manera, els MAC aleatoris no implementen cap algorisme.

Però quan hi ha dos terminals que decideixen transmetre, els dos ho faran in-

dependentment l’un de l’altre, de manera que pot passar que els senyals eme-

sos arribin barrejats a tots els terminals de la xarxa i que, per tant, siguin

intractables. Això és el que es coneix com col·lisió.

Quan es produeix una col·lisió, les trames afectades no són recuperables. Cal,

per tant, un procediment superior que controli aquesta eventualitat i actuï en

conseqüència. Usualment, aquest procediment superior és un protocol d’en-

llaç que recupera les trames perdudes retransmetent-les.

Així doncs, l’eficiència dels MAC aleatoris està fortament lligada al tipus de

trànsit que circula per la xarxa: com més probabilitat de col·lisió, menys

eficiència.

Estudiarem ara els diferents MAC aleatoris des d’aquest punt de vista. N’hi ha

cinc de fonamentals:

a) Aloha pur* o simplement Aloha. No aplica cap algorisme de control d’ac-

cés al medi, ni tampoc en defineix cap de control de col·lisions.

b) Aloha segmentat. Minimitza la probabilitat de col·lisió forçant la trans-

missió en moments determinats mitjançant un rellotge central.

c) CSMA (Carrier Sense Multiple Access, ‘accés múltiple per escolta de portado-

ra’). Minimitza la probabilitat de col·lisió en comprovar abans de transmetre

si hi ha alguna estació que estigui transmetent.

Els MAC aleatoris tenen un enfocament més radical: cada terminal té

accés tot el temps a tota la capacitat del medi.

* També en podríem dir MAC aleatori pur.


d) CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Detection Collision, ‘accés múl-

tiple per escolta de portadora amb detecció de col·lisions’). Complementa les

prestacions del CSMA i minimitza l’impacte de les col·lisions en el rendiment

de la xarxa escurçant-ne la durada. CSMA/CD és l’únic MAC aleatori que no

pot funcionar en medis no guiats. La resta serveix tant per a medis guiats com

no guiats.

e) CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance ‘accés múl-

tiple per escolta de portadora amb eliminació de col·lisions’). El CSMA/CA

és una millora respecte del CSMA, no respecte del CSMA/CD. El CSMA/CD

no es pot aplicar en les xarxes sense fil.

D’aquests cinc MAC aleatoris, només són “comercialment útils” el CSMA/CD i el

CSMA/CA. De tota manera, a continuació veurem el funcionament de tots cinc.

5.3.1. Algorisme Aloha pur

L’Aloha és un algorisme experimental que va donar inici a tota la resta. En poques

paraules, aquest algorisme permet que cada terminal enviï les dades quan en tin-

gui necessitat, sense cap mena d’espera. Les dades arribaran a la seva destinació si

cap altre terminal no decideix transmetre més o menys en el mateix moment.

Com ja hem comentat, dues trames transmeses per diferents estacions poden

col·lidir. Fixeu-vos que les estacions transmeten les seves trames sense preocu-

par-se de si el medi està ocupat o no per una trama d’una altra estació.

Assumim que una estació transmet una trama. Definim el temps de vul-

nerabilitat (Tv), o finestra de col·lisions*, com el temps en què una tra-

ma és susceptible d’experimentar col·lisions.

Ethernet

Una de les LAN més conegudesi comercialitzades és la xarxa Ethernet. Ethernet fa servir CSMA/CD.

Xarxes sense fil

WiFi i Bluetooth fan servir CSMA/CA.

* En anglès, slot time.


Hem de deduir quin és aquest temps de vulnerabilitat. L’estació A transmet

una trama en l’instant t0. La trama té una durada tt. L’estació A no sap si algu-

na estació ha transmès una trama abans de t0 o la transmetrà després de t0.

Això vol dir que si en l’interval [t0 − tt,t0] hi ha alguna estació que ha començat

a transmetre una trama, o bé si alguna estació comença a transmetre una tra-

ma en l’interval [t0,t0 + tt], es produirà una col·lisió. Per tant, el temps de vul-

nerabilitat valdrà: Tv = (t0 + tt) − (t0 − tt) = 2tt.

Ara avaluarem el rendiment d’aquest algorisme d’accés al medi. Primer de tot

cal definir els paràmetres següents:

– Nombre d’estacions (N).

– Durada de la trama (tt).

– Nombre mitjà de trames transmeses per totes les estacions juntes (λ).

– Nombre total de trames transmeses per totes les estacions juntes (incloses

les trames noves i les trames retransmeses a causa de les col·lisions) per

temps de trama (G). Es pot concloure que si λ és el nombre mitjà de trames

per unitat de temps que transmeten totes les estacions, hi ha la possibilitat

de calcular G multiplicant λ per la durada de la trama: G = λtt.

– Nombre de trames transmeses amb èxit (de trames que arriben correcta-

ment a la seva destinació pel canal) per temps de trama (S). Aquest paràme-

tre també s’anomena throughput per temps de trama o rendiment. És un

paràmetre normalitzat a la capacitat del canal i, per tant, inferior a 1.

Vegeu la figura “Mecanisme de Single token” al subapartat 5.2.2 d’aquest mòdul didàctic.


– Nombre de retransmissions per temps de trama (RTx).

Per a analitzar aquest mecanisme d’accés al medi i esbrinar-ne el rendiment (S),

utilitzarem un model matemàtic que simplifiqui l’original: assumim que el nom-

bre d’estacions és infinit i que les estacions poden transmetre en qualsevol mo-

ment, independentment les unes de les altres. Un cop hem fet aquesta suposició,

la generació de trames es pot modelar amb un procés de Poisson.

Recordem els processos de Poisson. Suposem que col·loquem n punts en l’eix

temporal t, en què t ∈ (−∞,∞). La probabilitat que hi hagi un nombre k

d’aquests punts en un interval T és la següent:

on:

, amb n → ∞ i T → ∞

En el nostre cas podem calcular la probabilitat que totes les estacions transme-

tin k trames en un interval de temps T. L’interval que ens interessa és el de vul-

nerabilitat, Tv. Si durant aquest interval es transmet més d’una trama hi haurà

col·lisions.

La probabilitat que es transmetin k trames en l’interval Tv, sabent que les es-

tacions transmeten una mitjana λ de trames, és la següent:

Assumim que una estació transmet una trama en un instant arbitrari t0. La

probabilitat que es produeixin col·lisions és Pr[k > 0] = 1 − Pr[k = 0]. Per tant,

el nombre de retransmissions per temps de trama el donaran les trames que,

entre totes les trames transmeses (G), hagin experimentat col·lisions:

A partir de les definicions anteriors podem deduir el següent:

a) 0 < S < 1 (normalitzat a la capacitat del canal).

b) G ≤ S.

c) G = S + RTx (trames amb èxit més trames retransmeses).

Pr k[ ] λT( )ke λT–

k!----------=

λ nT---=

Pr k[ ] λTv( )keλTv–

k!----------- λ2Tt( )k e λ2T–

k!------------ 2G( )ke λ2G–

k!------------= = = =

RTx G Pr k 0>[ ] G1 Pr k 0=[ ]–( ) G 1 2G( )0– e 2G–

o!-------------⎝ ⎠

⎛ ⎞ G 1 e 2G––( )= = = =


En aquesta fórmula ja podem observar que la probabilitat que no es produeixin

col·lisions val Pr[k = 0] = e-2G. Aïllem de G = S + RTx per tal d’obtenir el throughput

per temps de trama, S = G − RTx:

S = G − RTx = G − G(1 − e-2G) = Ge-2G

Tot seguit es mostra una gràfica d’aquesta fórmula. S té un màxim a G = 0,5:

És a dir, el rendiment màxim que es pot aconseguir amb un algorisme Aloha

pur és del 18,39%:

Aquesta fórmula permet fer un càlcul aproximat de l’eficiència de l’algorisme

Aloha pur amb la hipòtesi que el nombre d’estacions tendeix a ser infinit i que

les estacions transmeten independentment les unes de les altres. També per-

meten veure que l’algorisme Aloha té un problema d’estabilitat que veurem

més endavant.

Si el nombre d’estacions és petit, el model descrit ja no es compleix, i cal-

dria fer servir altres tipus de models matemàtics que no estudiarem en

Smax S G 0 5,=0 5e 1–, 1

2e------ 0 1839,= = = =


aquesta assignatura. Això no obstant, sí que podem deduir què passa si no-

més hi ha una estació que transmet trames. Si es tracta d’una sola estació

no hi haurà col·lisions. Això vol dir que l’eficiència es calcularà com si fos

un protocol Stop & Wait. El temps de cicle dependrà de la longitud de la

trama, del temps de propagació entre l’estació transmissora i la receptora i

de la durada del reconeixement.

5.3.2. Algorisme Aloha segmentat

El sistema Aloha segmentat es va proposar a fi d’augmentar el rendiment de

l’Aloha pur. En aquest sistema el temps es divideix en ranures de temps que

tenen una longitud igual a la durada d’una trama (tt segons). Una manera

d’aconseguir la sincronització és que una de les estacions emeti un to al co-

mençament de l’interval de sincronització. Totes les estacions que tenen una

trama preparada per a transmetre han d’esperar el començament d’aquest in-

terval de sincronització.

Ara només es poden produir col·lisions en el temps de ranura, de manera que

la vulnerabilitat valdrà Tv = tt. Si fem el mateix tipus d’anàlisi que en l’algoris-

me Aloha pur, podem deduir que el throughput per temps de trama val:

S = G − RTx = G − G(1 − e-G) = Ge-G

i que té un màxim a G = 1:

Vegeu el protocol Stop & Wait a l’apartat 3.2. del mòdul “Enllaç de dades” d’aquesta mateixa assignatura.

Smax S G 1=e 1– 1

e--- 0,3678= = = =


És a dir, hem augmentat (duplicat) el rendiment, que ha passat del 18,39% al

36,78%:

5.3.3. Problemes d’estabilitat dels algorismes Aloha pur i Aloha

segmentat

Si ens fixem en la gràfica de l’eficiència podem observar que a més de tenir un

baix rendiment, tots dos mecanismes tenen un problema d’estabilitat: poden

arribar a saturar el canal. Ara estudiarem com es produeix aquest efecte.

A la gràfica de l’eficiència podeu veure que si G augmenta, el throughput tendeix

a 0. Agafem com a exemple l’algorisme Aloha segmentat. El punt de treball ideal

d’aquest mecanisme seria G = 1 (a l’algorisme Aloha pur, G = 0,5). Si es produeix

una col·lisió, G creix. La trama s’ha de retransmetre, de manera que G augmen-

ta per damunt de G = 1. Com que ara G > 1, ens trobem en la zona de la corba

en què el throughput tendeix a 0 (aquesta zona s’anomena zona inestable de l’al-

gorisme). Es produeixen més col·lisions, de manera que G continua creixent

fins que el throughput arriba a 0. Aquest efecte s’anomena saturació del canal.

5.3.4. Accés múltiple per escolta de portadora

Atès que un dels motius del baix rendiment dels algorismes Aloha és que les

estacions no són conscients de si el medi de transmissió està ocupat o no. Una

Recordeu que G inclou les trames noves i les trames

retransmeses.


solució és escoltar el medi electrònicament i, si hi ha una trama en curs (hi ha

senyal en el medi; és a dir, hi ha portadora), esperar i no transmetre. Aquest

tipus de mecanismes s’anomenen mecanismes d’accés múltiple per escolta

de portadora (CSMA).

Quan una estació vol transmetre, comprova que no n’hi hagi cap altra fent ser-

vir el medi. Si no hi ha cap estació transmetent, hi posa la seva trama; en cas

contrari, cal elaborar més l’algorisme. En aquest sentit, es presenten tres alter-

natives:

• Algorisme 1-persistent. L’estació comprova que el medi estigui lliure. Si ho

està, transmet immediatament; si està ocupat, espera fins que estigui lliure

i, aleshores, transmet immediatament.

Aquest algorisme presenta el desavantatge que si dues estacions volen

transmetre en el moment en què una tercera ja ho està fent, les dues pos-

teriors detectaran simultàniament el medi buit, decidiran transmetre alho-

ra i col·lisionaran. Certament, això és un greu inconvenient quan hi ha

càrregues altes. Per a càrregues moderades o baixes aquest és el millor algo-

risme.

• Algorisme no persistent. L’estació comprova que el medi estigui lliure. Si

ho està, transmet immediatament; si està ocupat, espera un temps aleatori

i torna a provar de fer la transmissió.

Aquest algorisme té l’avantatge que el temps aleatori fa disminuir la proba-

bilitat que es produeixin col·lisions. Té el desavantatge que el medi de trans-

missió pot estar en desús durant el temps aleatori, ja que una estació pot

haver deixat de transmetre i l’altra encara ha d’esperar aquest temps aleato-

ri. Per tant, és ineficient per a càrregues baixes (el canal es pot utilitzar poc),

mentre que per a càrregues altes és millor que l’algorisme 1-persistent, ja

que el nombre de col·lisions disminueix. També pot aplicar un mecanisme

de back-off per tal d’alleujar les col·lisions.

• Algorisme p-persistent. Si el medi està lliure es transmet amb probabilitat

p. Amb probabilitat 1 − p s’espera la ranura següent, en què es repeteix el

procés. Si el medi està ocupat, s’escolta fins que estigui desocupat i es torna

a engegar el procés.

És a dir, sempre que el canal està lliure es tira una moneda: amb probabili-

tat p es transmet i amb probabilitat 1 − p es torna a intentar a la ranura se-

güent. Si p = 1 tenim un 1-persistent.

CSMA

Ja sabem que CSMA significa Carrier Sense Multiple Access,però podríem preguntar-nos per què Carrier i no Signalo Codification? La raó l’hem de buscar en els seus orígens.Ethernet originalment (nivellfísic 1Broad36) treballava amb senyal modulat. Totes lesversions posteriors han utilitzat codificacions digitals (per exemple, 10Base2).

Ethernet

El CSMA de les LAN Ethernet és1-persistent.

Vegeu el mecanisme de back off al subapartat 5.3.6 d’aquest mòdul didàctic.


Cal tenir present que es poden produir col·lisions encara que les estacions es

trobin en estat d’escolta del medi per a detectar si està ocupat. La raó d’aquest

fet és el temps de propagació que hi ha entre les estacions.

Dues estacions A i B separades per una distància D km trigaran tp = D/vp segons a saber elque fa l’altra. És a dir, si l’estació A comença a transmetre, l’estació B, que està escoltantel medi, escoltarà el primer bit de la trama d’A tp segons més tard. Això significa que du-rant tp segons el medi està ocupat per una trama d’A i l’estació B el veu lliure. Si B trans-met durant aquest temps es pot produir una col·lisió.

Com passava en l’algorisme Aloha, una estació no percep el que ja ha passat

ni el que passarà. Si l’estació A es troba en estat d’escolta i pot transmetre una

trama, no sap si tp segons abans algú ha començat a transmetre’n una altra, ja

que veu el medi lliure. La figura següent mostra aquesta situació. El temps de

vulnerabilitat ha disminuït de 2tt a 2tp:

Si observem la millora oferida pel CSMA respecte de l’Aloha, podem veure que

l’algorisme Aloha pur tenia un temps de vulnerabilitat de Tv = 2tt i l’algorisme

Aloha segmentat, de Tv = tt, mentre que l’algorisme CSMA en té un de Tv = 2tp.

Per a avaluar el rendiment d’un CSMA s’han de fer servir eines matemàtiques

força complexes*. Com que aquestes eines no formen part de l’objectiu

d’aquesta assignatura, ens limitarem a veure una sèrie de gràfiques en què es

pugui observar el rendiment dels diferents algorismes, sense entrar en les fór-

mules que ens permetin calcular aquestes corbes.

El temps de vulnerabilitat val Tv = 2tp, on tp = Dmax/vp és el temps de

propagació determinat per la distància entre les dues estacions més allu-

nyades entre si.

CSMA: accés al medi aleatori o de reserva?

Podem observar a la figura queles estacions es troben enconstant competició pel medi, quan està desocupat, durant un temps equivalent a 2tp.

Al llarg d’aquest temps les es-tacions transmeten de manera aleatòria, tal com passa amb l’algorisme Aloha.Una vegada ha acabat aquesta competició, una de les estacions “ha reservat” el medi i cap altra estació pot transmetre fins que aquesta finalitzi la transmissió. Per aquesta raó hi ha autors que classifiquen el CSMA com un accés al medi de reserva.

* Per exemple, les cadenes de Markov.


La figura anterior mostra l’eficiència (S) en funció del trànsit ofert (G) per als

algorismes CSMA no persistent i CSMA 1-persistent per a diferents valors de a.

Es pot observar el següent:

– El CSMA 1-persistent obté rendiments molt petits (< 0,2) quan tt ≈ tp.

– El CSMA 1-persistent obté rendiments mitjans (∼ 0,5) quan tt ≈ 10 tp o tt ≈

≈ 100 tp.

– El CSMA no persistent obté rendiments petits (< 0,2) quan tt ≈ tp.

– El CSMA no persistent obté rendiments mitjans (< 0,5) quan tt ≈ 10tp.

– El CSMA no persistent obté rendiments alts (> 0,8), quan a = 0,01 → tt ≈

≈ 100tp a mesura que G creix.

Aquesta conclusió és lògica si pensem que quan el trànsit ofert (G) augmenta,

amb un CSMA 1-persistent creix la possibilitat que hi hagi trames que col·lideixin

en el medi; mentre que amb un CSMA no persistent hi ha un temps aleatori quan

el medi està lliure i, per tant, és més difícil que les trames col·lideixin. En canvi,

quan el trànsit ofert és petit és poc probable que hi hagi més d’una trama en el

medi, de manera que amb un CSMA 1-persistent aprofitem millor el canal que

amb un CSMA no persistent.

Un CSMA 1-persistent és millor que un CSMA no persistent quan el

trànsit ofert (G) és petit, mentre que un CSMA 1-persistent és pitjor que

un CSMA no persistent quan el trànsit ofert (G) creix.


5.3.5. Comparació entre els algorismes Aloha, Aloha pur i CSMA

A la figura següent es comparen els algorismes Aloha pur, Aloha segmentat,

CSMA no persistent i CSMA 1-persistent (CSMA amb tt ≈ 100tp):

Podem observar que el rendiment dels algorismes CSMA és superior al de l’al-

gorisme Aloha. La corba de rendiments de l’algorisme CSMA p-persistent depèn

de la probabilitat p. Només cal esmentar que obté rendiments més grans que

1-persistent a mesura que p és més petit. Fins i tot arriba a superar el rendiment

d’un de no persistent per a p = 0,01.

La conclusió és que ens interessa un mecanisme que, a més de reduir el temps

de vulnerabilitat (el CSMA ho fa), redueixi també la durada de la col·lisió.

Aquest mecanisme és l’algorisme CSMA/CD.

5.3.6. Accés múltiple per escolta de portadora amb detecció

de col·lisions

El MAC CSMA/CD funciona exactament com el CSMA, però afegeix dos pro-

cediments addicionals:

• Quan un terminal ja ha començat a transmetre, segueix escoltant el medi

per tal de detectar altres possibles transmissions. Això permet implementar

la detecció de col·lisions (CD).


Si no hi ha cap terminal transmetent, la detecció de col·lisions no assenyala

cap problema i, per tant, la transmissió segueix el seu curs com en el CSMA.

Si es detecta una transmissió; és a dir, una col·lisió, el terminal transmissor

deixa de transmetre immediatament, cosa que redueix considerablement

la durada de la col·lisió.

Aquesta situació pot desembocar en un problema. Les dues estacions poden

haver detectat la col·lisió alhora i, per tant, totes dues deixen de transmetre i

totes dues tenen una trama pendent de transmetre. Si tornen a transmetre la

trama immediatament, tornaran a provocar una col·lisió. Aquest problema

s’obvia amb l’altre procediment addicional.

• Després de detectar la col·lisió i un cop s’ha aturat la transmissió, el termi-

nal ha d’esperar un temps aleatori per a tornar a transmetre.

Aquest temps és l’anomenat temps de back-off, i en ser aleatori, evitarà una

nova col·lisió quan les estacions tornin a transmetre la trama.

Cal no confondre el temps de back-off amb la retransmissió p-persistent. El temps de back-off s’aplica només després d’haver transmès una trama i haver detectat la col·lisió; en can-vi, la transmissió p-persistent aplica un retard aleatori abans fins i tot de transmetre. L’uns’aplica per CSMA (p-persistència) i l’altre, per CD (back-off).

Calculem els temps de vulnerabilitat i el de durada de col·lisió. El temps de

vulnerabilitat no varia respecte del del CSMA. El de col·lisió, òbviament,

disminueix perquè la transmissió s’atura en detectar una altra transmissió

en el medi. Si tp és el temps de propagació màxim entre dos terminals, lla-

vors la detecció de la col·lisió i, per tant, l’aturada de transmissió (i la du-

rada del temps de col·lisió) serà: Tcol ≤ 2tp.

A la taula següent resumim els diferents valors de Tv i Tcol per als mecanismes

estudiats:

Finalment, per a aquest mecanisme el temps de vulnerabilitat defineix dos pa-

ràmetres essencials en una xarxa:

• La longitud mínima d’una trama (Lmin). La trama ha de ser prou llarga per

a permetre detectar una col·lisió abans que en finalitzi la transmissió. Per

Resum de la durada de les col·lisions i el temps de vulnerabilitat per als mecanismes d’accés al medi aleatoris

Mecanisme de funcionament Temps de vulnerabilitat Durada de les col·lisions

Aloha pur Tv = 2tt tt ≤ Tcol ≤ 2tt

Aloha segmentat Tv = TCLK ≈ tt Tcol = TCLK ≈ tt

CSMA Tv = 2tp tt ≤ Tcol ≤ tt + 2tp

CSMA/CD Tv = 2tp Tcol ≤ 2tp − tj


tant, la durada mínima d’una trama (tmin = Lmin/vt) ha de ser més gran que

el temps de vulnerabilitat.

Si la trama fos més petita que el temps de vulnerabilitat, o el seu valor màxim, l’estaciótransmissora no podria detectar a temps si s’ha produït una col·lisió. Des del seu punt devista, ja hauria acabat de transmetre la trama sense que aquesta hagués experimentat capcol·lisió, ja que el primer bit de la trama de l’altre terminal encara no li hauria arribat enel moment en què ella ja l’hagués transmès correctament.

• El diàmetre màxim de la xarxa. Les xarxes CSMA/CD tenen una limitació

d’abast a causa de la finestra de col·lisió. El temps que un senyal triga a anar

i tornar des d’una estació a una altra ha de ser més petit que la finestra de

col·lisió. Això vol dir que la suma de tots els retards de la xarxa multiplica-

da per dos ha de ser més petita que la finestra de col·lisions o temps de vul-

nerabilitat:

Diàmetre màxim d’una xarxa Ethernet

Ethernet defineix l’ús del CSMA/CD marcant com a norma la finestra de col·lisió fixadaa 512 bits. Això determina que la longitud mínima d’una trama Ethernet és de 512 bits.Si volem afegir estacions a la xarxa, la distància a què es poden connectar estarà limitadaper la finestra de col·lisió.

Generalment s’acostuma a afegir un marge de salvaguarda a la desigualtat, de manera queaquesta es converteix en:

5.3.7. CSMA/CD o anells amb pas de testimoni

En aquest subapartat mirarem d’esbrinar quin dels dos estàndards en què ens

hem centat (CSMA/CD i, anell amb pas de testimoni) és més eficient.

Aquesta és una qüestió difícil de respondre. Des del punt de vista tècnic (de

rendiments), una xarxa CSMA/CD és molt eficient amb càrregues de trànsit

petites i prou eficient amb càrregues grans. És evident que si la càrrega tendeix

a infinit el nombre de col·lisions serà tan gran que l’eficiència tendirà a zero.

Amb una LAN en anell amb pas de testimoni l’eficiència és petita si la càrrega

és petita (si només hi ha una estació que transmet trames, ha d’esperar que el

testimoni recorri tot l’anell abans de poder transmetre una altra trama). En

canvi, si hi ha moltes estacions i totes volen transmetre, és una LAN molt efi-

cient (el testimoni recorre l’anell i totes les estacions tenen l’oportunitat de

transmetre les seves trames). A més, el token ring no es mostra inestable en cap

situació i es comporta equitativament amb tots els terminals, sigui quina sigui

la seva càrrega.

2 retards de xarxa + retards de tarjeta + retards de cables∑∑∑( ) Tv≤

2 retards de xarxa + retards de tarjeta + retards de cables∑∑∑( ) marge Tv≤+

Eficiència amb càrrega de trànsit petita

Amb un CSMA/CD 1-persis-tent, si només hi ha una estaciótransmetent, aquesta sempre accedeix al medi immediata-ment després de la transmissió d’una trama per transmetre’n una altra.


Una segona qüestió que pot ser important a l’hora de triar una LAN és el cost i

els problemes d’instal·lació que pot tenir un enginyer, que dependran de l’ex-

periència que tingui amb aquest tipus de LAN. En aquests moments és evident

que les LAN amb CSMA/CD comercials (xarxa Ethernet) es venen molt més que

les d’anell amb pas de testimoni. Això fa que les xarxes Ethernet siguin més ba-

rates i que se’n tinguin més coneixements pràctics.

A l’hora de triar una de les opcions, és recomanable analitzar a fons no tan sols

l’escenari tècnic, sinó també el cost i la relació entre la senzillesa de la xarxa i

el seu rendiment.

5.4. Accés múltiple per escolta de portadora amb eliminació

de col·lisions

El CSMA/CA és un pas endavant sobre el CSMA (no sobre el CSMA/CD) pel

fet que millora el temps de col·lisió. El CSMA/CA es fa servir en xarxes on la

detecció de col·lisions no és possible, com ara les xarxes sense fil.

Els radiotransmissors full duplex només es poden construir si l’anada treballa en una ban-da de freqüència diferent de la de tornada. Això és degut al fet que la potència rebuda ésmolt inferior al senyal que es transmet, i només es pot discriminar amb procediments dediscriminadors freqüencials (filtres).

En el cas d’una LAN no podem pensar en treballar amb freqüències diferents, ja que totsels terminals en requeririen una i això malbarataria l’espectre. Estaríem parlant de l’FDMA.

Els participants d’una LAN sense fil poden “escoltar-se” parcialment; és a dir,

cada terminal potser rep només una part dels terminals, perquè la resta els té

massa lluny. És el que es coneix com problema del “terminal amagat”. Fins i tot

si es pogués implementar la detecció de col·lisions (com en el CSMA/CD), no

es resoldria aquest problema: un bus CSMA/CD garanteix que tothom escolta

tothom, però una LAN sense fil no pot oferir aquesta garantia.

El problema del “terminal amagat”: el terminal A creu que el medi està lliure encara que C transmeti. El destinatari B només veuel resultat d’una col·lisió.

El CSMA/CA intenta evitar aquest problema amb l’ajuda del terminal receptor,

que ha de col·laborar per detectar si el medi està ocupat: el CSMA/CA, abans

de transmetre la trama, força que el terminal emissor enviï una petita trama

anomenada RTS (Request To Send, ‘vull enviar’) adreçada al destinatari. El des-


tinatari ha de respondre amb el corresponent CTS (Clear To Send, ‘preparat per

a rebre’).

Després de fer aquests passos, els terminals a l’abast del transmissor (terminal A en la figura)i els termianls a l’abast del receptor (terminal B) saben que hi haurà una transmissió:

Perquè aquestes trames siguin efectives, cal que l’RTS notifiqui la mida de la

trama de dades que s’enviarà, de manera que tots els terminals de la LAN sà-

piguen l’estona que la línia, en aquest cas l’aire, estarà ocupada.

El diagrama de temps resultant seria el següent:

Amb això s’aconsegueix que les col·lisions es concentrin en el període ocupat

per les dues trames RTS i CTS. El temps de vulnerabilitat serà, com en el CSMA

(i el CSMA/CD), si no es dóna el problema del “terminal amagat”, Tv ≈ 2tp, ja

que les condicions són les mateixes.


Si es dóna el problema del “terminal amagat”, els càlculs perden sentit, perquè tp no seriaun valor homogeni a tota la xarxa, sinó que dependria del parell de terminals que es con-sideressin.

El temps de col·lisió millora apreciablement respecte del CSMA, perquè la seva

durada se circumscriu també a les trames RTS i CTS, ja que durant la transmis-

sió de la trama de dades no hi pot haver col·lisió (CA). Per tant, Tcol ≈ tRTS +

+ 2tp: molt millor que en el CSMA i similar al que aconsegueix el CSMA/CD

(si suposem que tRTS és petit).

Amb el CSMA/CA s’aconsegueix una durada de col·lisió i de vulnerabilitat si-

milars a les aconseguides amb el CSMA/CD, (amb el diferencial comentat de

la longitud de les trames RTS i CTS). Això és a costa que totes les trames d’in-

formació vagin acompanyades de trames de control addicionals que amb el

CSMA/CD no calen; per tant, l’eficiència de transmissió baixa. En algunes si-

tuacions, això pot ser un problema.

Quan les trames d’informació són petites, algunes implementacions degraden el MAC deCSMA/CA a CSMA, ja que la durada de col·lisió serà similar, però en comptes d’haverde transmetre tres trames, se’n transmet només una.

A causa de l’alta probabilitat d’error de bit, les implementacions reals CSMA/

CA sovint afegeixen una quarta trama addicional per tal d’assegurar que el re-

ceptor ha rebut la trama. Es tracta de la trama de confirmació o ACK:


6. Estàndards per a xarxes d’àrea local

Gairebé tots els estàndards de LAN han estat estandarditzats per l’Institut

d’Enginyers Elèctrics i Electrònics (IEEE) dels EUA, dins dels grups IEEE802.xx,

i després els estàndards han estat acollits per l’Organització Internacional d’Es-

tandardització (ISO), que ha anomenat els grups idènticament però fent servir

el prefix ISO8802.xx.

Tots els estàndards IEEE802, a excepció de l’IEEE802.1 i l’IEEE802.2, es referei-

xen a protocols MAC.

• IEEE802.1: defineix procediments per a interconnexió i gestió de commuta-

dors, protocols per a LAN virtuals i seguretat criptogràfica de la transmissió.

• IEEE802.2: defineix el nivell d’enllaç lògic adequat per a LAN.

• Ethernet-DIX-II: estàndard de facto de CSMA/CD a 10 Mbps. Variants de

l’estàndard a bastament emprades són Fast Ethernet (100 Mbps) i Gigabit

Ethernet (1 Gbps). Per a totes és comú el canvi del MAC CSMA/CD per

commutadors.

• IEEE802.3: MAC CSMA/CD. Similar però no interoperable amb Ethernet-

DIX-II.

• IEEE802.4: MAC token bus. Implementa un MAC equivalent a token ring,

però sobre topologia física i lògica de bus. Actualment es troba en desús.

• IEEE802.5: MAC token ring derivat del protocol Token Ring d’IBM, i com-

patible amb ell.

Exemple

L’ISO8802.3 és totalment equivalent a l’IEEEE802.3.


• IEEE802.6: MAC DQDB o Distributed Queue Dual Bus. Està dissenyat per a

xarxes d’àrea metropolitana. Tot i que és un bus lògic, físicament és un

anell, el que li confereix tolerància a talls a la línia. Actualment es troba en

desús.

Les xarxes d’àrea metropolitana (MAN, Metropolitan Area Networks) eren un concepte re-llevant al començament dels noranta, quan faltaven estàndards per a xarxes l’abast de lesquals estigues entre el d’una LAN i el d’una WAN. En l’actualitat, el concepte ha quedatmarginat, perquè a les LAN ja es fan servir tecnologies de WAN com la commutació; pertant, l’espai teòric de les MAN ha quedat pinçat.

• ANSI X3T12 o FDDI (Fibre Distributed Data Interface): MAC token ring doble

amb propietats de tolerància a fallades. Inicialment estava dissenyat per a

xarxes MAN, però va tenir un nínxol de mercat en xarxes de servidor

(clusters). Actualment es troba en desús, però encara se’n poden trobar

instal·lacions en funcionament.

• IEEE802.11 o WiFi: (Wireless Fidelity): MAC CSMA/CA per a xarxes sense

fils. Probablament serà l’estàndard de LAN de major progressió.

• IEEE802.12 o 100VG-AnyLAN*: estàndard a 100 Mbps aparegut als noran-

ta com a substitució de l’Ethernet a 10 Mbps. És un MAC token ring amb

prioritats i procediments per a facilitar la interoperabilitat amb l’IEEE802.3.

Actualment es troba en desús a causa de l’èxit comercial de Fast Ethernet.

• IEEE802.15 o Bluetooth: protocol similar a l’IEEE802.11 però ajustat als re-

queriments de les piconets (picoxarxes o xarxes molt petites). És molt apropiat

per a interconnectar ratolins, teclats, mòbils, agendes electròniques, ordina-

dors portàtils i, en general, petits sistemes alimentats per bateries.

En els aparatats següents ens centrarem en els quatre aspectes que se citen a

continuació:

• LAN més utilitzades: Ethernet i IEEE802.3.

• Cablejat estructurat: norma EIA/TIA 568.

• Xarxes sense fil: norma IEEE802.11.

• Interconnexió de LAN.

Aquesta selecció, certament, no és tècnica sinó comercial. Possiblement Ethernet no ésel millor protocol, però és el més utilitzat. Actualment, l’IEEE802.11 té una part petita delmercat LAN, però se’n preveu un creixement important. D’altra banda, el cablejat estruc-turat és capital per a entendre què vol dir instal·lar una LAN, i n’és un punt central (pera Ethernet, token ring, telefonia, etc.). I, finalment, si a Ethernet se li preveu també un fu-tur prometedor és, en part, per la possibilitat de fer servir l’Ethernet commutada, que éstant un procediment d’interconnexió com una nova manera de fer LAN.

* VG ve de Voice Grade (categoriade veu) en referència al tipus de

cablejat per telefonia que permet aquest estàndard. AnyLAN fa referència al fet que permet

interoperabilitat entre CSMA/CDi token ring.

Bluetooth

El nom Bluetooth prové del rei víking Harald Blatand (segle XdC), que va unificar i controlar Dinamarca i Noruega. D’aquí ve la inspiració del nom: amb aquesta tecnologia es pretén unificar i interconnectar dispo-sitius. Es creu que una de les aficions d’aquest rei era menjarmóres, i per això tenia el “tint” blau de les dents (bluetooth voldir ‘dent blava’ en anglès).


6.1. Ethernet i IEEE802.3

A mitjans setanta Xerox van llançar Ethernet tal com es coneix en l’actualitat,

fruit del treball d’investigació de Norm Abramson, de la Universitat de Hawaii.

Abramson va dissenyar i construir el 1971 una xarxa via satèl·lit que feia servir

el protocol Aloha, dissenyat a aquest efecte. Era la xarxa AlohaNet.

Per competir amb la Token Ring d’IBM, pràctica dominadora del concepte

LAN, Xerox va unir esforços amb DEC (Digital Equipment Corporation) i amb

Intel pr comercialitzar la seva Ethernet.

Problemes d’encaix en el model LAN d’IEEE802 (que aparegué posteriorment) fan que laversió estàndard (de iure) IEEE802.3 no sigui exactament la mateixa que la d’Ethernet.Com que, en general, emprem el mot Ethernet per a referir-nos a les dues variants, per adistingir clarament quan ens referim a l’Ethernet diferent d’IEEE802.3, li diem Ethernet-DIX (Digital, Intel, Xerox).

6.1.1. Nivell físic

Ethernet fa servir diferents tipus de medi físic i a diferents velocitats. Per a di-

ferenciar els estàndards, se’ls nomena segons el patró següent:

<Velocitat en Mbps><Tipus de codificació><Tipus de medi de transmissió>.

– Quant a velocitat ara es pot trobar al mercat maquinari a 10, 100 i 1000 Mbps*. Està,però, a punt d’aparèixer l’estàndard a 10 Gbps.

– Com que totes les codificacions actuals són banda base, la part central sempre és “Base”.

– La part final acostuma a ser “T” (de parell trenat) o “F” (de fibra òptica), més un sufixaddicional per a distingir les variants.

Els estàndars més utilitzats són els següents:

• 10Base-2 (IEEE802.3a): 10 Mbps sobre coaxial (el 2 ve del fet que l’abast

aproximat sense repetidors és de 200 m). La codificació és Manchester. To-

pologia coaxial. Es permeten quatre repetidors separant cinc trams de 200 m.

• 10Base-Tx (IEEE802.3i): 10 Mbps sobre parell trenat. Aquest i els estàn-

dards següents estan definits sobre cablejat estructurat. En particular,

10Base-T requereix cablejat de categoria 3 o superior. Codificació Manche-

ster. Topologia en estrella que permet interconnectar quatre concentradors.

• 100Base-Tx (IEEE802.3u): 100 Mbps sobre parell trenat categoria 5. Codi-

ficació NRZ amb precodificació (per a garantir el sincronisme de bit) 4B/5B

(125 Mbaud). Topologia en estrella. Es permet la interconnexió de concen-

tradors si estan a menys de 2 m de distància o bé si estan apilats.

Ethernet-DIX i IEEE802.3

Pel que fa al nivell físic, IEEE802.3 i Ethernet-DIX són gairebé idèntics.

* L’estàndard per a 10 Gbps (IEEE802.ae) va ser aprovat

el juny de 2002.

Vegeu la codificació Manchester al subapartat 3.1.1 del mòdul “Transmissió de dades” d’aquesta assignatura.

Estudiarem cablejat estructurat al final d’aquest mateix mòdul.

Concentradors apilables

Els concentradors apilables (stackable hubs) són una manerad’aconseguir un concentrador amb més ports més pràctica quefer una interconnexió indepen-dent de concentradors.


• 1000Base-T (IEEE802.3ab): 1 Gbps sobre parell trenat categoria 5. Codifi-

cació de cinc nivells que empaqueta dos bits per símbol en paral·lel sobre

els quatre parells en paral·lel, resultant en 125 Mbaud a cada parell, el ma-

teix que en 100Base-T*. Topologia en estrella. Els concentradors només es

poden interconnectar apilant-los.

Tots els estàndards en ús tenen topologia en estrella. A més tots ells funcionen

sobre parell trenat. Hi ha també especificacions per a ús de fibra òptica, però

no les tractarem.

6.1.2. Control d’accés al medi

El control d’accés al medi és CSMA/CD 1-persistent. La finestra de col·lisió, o

temps màxim de vulnerabilitat, està definit en 512 bits. Per tant, l’abast mà-

xim teòric és 51,2 µs a 10 Mbps i 5,12 µs a 100 Mbps. A 1 Gbps s’ha modificat

aquest aspecte per permetre un abast més raonable: 512 bytes, és a dir, 4.096

bits; per tant la finestra de col·lisió és de 4,096 µs. Això implica un abast mà-

xim teòric de 5 km, 500 m i 400 m respectivament. A causa de factors com

l’atenuació, interferències, etc. cap dels estàndards anteriors no arriba al límit

teòric.

La 1-persistència cal detallar-la una mica més. Quan un terminal espera que el

medi quedi lliure, ha de deixar una estona de silenci per garantir que tothom per-

cep la finalització de la trama anterior. És l’espai intertrama*, que val tIFG = 96 bits.

La resta de temps emprats a Ethernet estan definits en termes de finestra de

col·lisió.

La detecció de col·lisions també té un paràmetre que cal definir, la funció de

temps de back-off. Quan hi ha una col·lisió, els terminals transmissors han

d’esperar un IFG i, després, decidir aleatòriament si esperen 1 o 0 finestres de

col·lisió.

• Si un terminal escull 1 i l’altre 0, hi ha un que guanya la contenció i l’altre

haurà de tornar a esperar.

• Si tots dos terminals (o més, si és el cas) escullen 1 o 0 (50% de probabilitat)

torna a haver-hi una col·lisió.

En aquest segon cas, el temps de back-off màxim es dobla, de manera que els

terminals aleatòriament esperen 0, 1, 2 o 3 finestres de col·lisió. Si tornés a ha-

ver-hi una col·lisió, el temps de back-off aniria creixent fins a valer 210 − 1 fi-

nestres de col·lisió a la desena col·lisió. Aquest valor es manté fins a la setzena

col·lisió, moment en què el driver de xarxa ha de notificar a l’aplicació que

hi ha problemes.

* 100Base-Tx i 10Base-Tx fan servir només un parell d’anada i un altre

de tornada.

Ethernet-DIX i IEEE802.3

Pel que fa a control d’accés al medi, IEEE802.3 i Ethernet-DIXsón gairebé idèntics.

* En anglès, Inter Frame Gap (IFG).

Recordeu

Aquest valor no es pot decidir de manera determinista, ja quela col·lisió seria reiterada.


Aquest fet seria altament improbable com no fos que hi hagués algun problema al cable-jat que provoqués ecos, com un tall o una mala connexió: l’eco es monitoritza com unacol·lisió, que sistemàticament es repeteix.

6.1.3. Format de trama Ethernet

Tal com hem dit, hi ha dos estàndards Ethernet, i precisament la diferencia

principal radica en el format de trama. En ambdós casos el format de trama és

minimalista; no hi ha pràcticament res de superflu:

Veiem els camps comuns als dos estàndards:

• El preàmbul consta de 62 bits, alternativament 1 i 0. Això permet al recep-

tor sincronitzar el rellotge del seu receptor de manera precisa. Hem de tenir

en compte que abans d’una trama sempre hi ha silenci (l’IFG) i, per tant,

el receptor necessita “entrenar” el rellotge de recepció (sincronisme de bit).

Els dos últims bits (per a arribar a 8 bytes) són dos 1 seguits. Això permet

al receptor perdre alguns bits del preàmbul i encara mantenir el sincronis-

me de trama. Precisament aquesta és la funció del preàmbul.

• L’adreça de destinació. Cada estació té la seva adreça pròpia, i quan detecta

una trama al medi, simplement ha de vigilar si porta la seva adreça. Si no,

pot ignorar la resta de camps.

• L’adreça origen identifica l’estació autora de la trama.

• El camp CRC conté un CRC-32.

Ara en veurem els camps diferencials:

El quart camp en Ethernet-DIX és el tipus. Aquest camp és l’única concessió en el

nivell d’enllaç en Ethernet-DIX: permet multiplexar connexions. A l’IEEE802.3

Veurem les adreces amb més profunditat en l’apartat següent.


no li cal, ja que obliga a fer servir l’IEEE802.2 per sobre (un protocol d’enllaç com-

plet). En canvi, l’IEEE802.3 fa servir el quart camp (de 2 bytes també) per a definir

la longitud del contingut de dades dins de la trama. Hem de pensar que la longi-

tud mínima de la trama és de 512 bits, és a dir, 64 bytes. Si restem tot els

camps que hem vist, trobem que la trama ha de contenir: 64B – 8B – 6B – 6B –

– 2B – 4B = 38B. Si la trama conté menys de 38B, el camp de longitud així ho

indica, afegim els bytes de farciment* necessaris (camp de farciment) per a acon-

seguir els 64 bytes totals mínims.

Ethernet no resol aquest problema. Simplement força l’aplicació a generar tra-

mes de 38 o més bytes de contingut. Si no és així, no les envia i retorna un

error.

Això no és problema si l’Ethernet transporta TCP/IP. La capçalera IP són 20 bytes, i laTCP, 20 més. Qualsevol paquet TCP/IP fa, doncs, 40 bytes o més.

Ara se’ns planteja una pregunta que ja hem resolt en part: pot coexistir trànsit

Ethernet-DIX i IEEE802.3 dins d’una mateixa xarxa?

Des del punt de vista físic ja hem vist que poden coexistir. Des del punt de vis-

ta de la trama, cal tenir present que hi ha un camp que és diferent en els dos

estàndards: tipus i longitud. Sortosament, la longitud de trames, tant Ether-

net-DIX com IEEE802.3, està limitada a 1.500 bytes. Com que els tipus Ethernet-

DIX estan estandarditzats, simplement cal vigilar de no assignar tipus amb un

identificador inferior a 1.500. Aquesta correcció es va fer a l’estàndard Ether-

net-DIX quan va aparèixer l’IEEE802.3. És el que s’anomena Ethernet-DIX-II. Quan

parlem d’Ethernet-DIX ens referim sempre a Ethernet-DIX-II.

6.1.4. Adreces

Les adreces en Ethernet i en tots els estàndards IEEE802 es defineixen igual.

Són 48 bits que identifiquen inequívocament al terminal qualsevol estació Et-

hernet, IEEE802.3 o de qualsevol altre tipus de LAN, que té una adreça única.

Això s’aconsegueix repartint un identificador de 22 bits a cada fabricant, que

l’utilitza com a prefix per a les adreces de les targetes de xarxa que fabrica.

L’adreça final té un format com aquest:

Per tant, cada fabricant té un límit de 224 adreces: 16 milions de targetes. Els

fabricants que superen aquesta xifra reben un nou identificador.

Els dos identificadors inicials són sempre 0 per a adreces úniques. Però en

certs casos es fan servir tipus especials. Si el primer bit és un 1, el format

canvia: els 47 bits restants es fan servir per a identificar grups de terminals:

2 bits 22 bits 24 bits

“00” Identificador d’organització Identificador de targeta

1 bit 47 bits

“1” Identificador de grup

* Farciment, en anglès,és padding.

Podeu trobar una llista actualitzada de tipus d’Ethernet reconeguts i de fabricants registrats a l’adreça següent: http/www.iana.org/assignments/ethernet-numbers.


Les adreces de grup o adreces multicast es fan servir només com a adreça de

destinació (mai com a adreça origen) per a enviar la trama a tots els que per-

tanyen al grup. El grup amb tota l’adreça a “1” és el grup broadcast. Totes les

estacions pertanyen al grup broadcast.

Hi ha un tercer tipus d’adreça, que són les adreces localment definides i que comencenper “01”. Aquesta prestació no es fa servir gaire, i moltes targetes no la suporten. A més,moltes targetes permeten canviar els 46 bits de l’adreça d’estació.

6.1.5. Concentradors i commutadors

Quan tenim una Ethernet funcionant amb CSMA/CD, hi ha terminals con-

nectats a un concentrador. El concentrador és un repetidor que retransmet tot

el que detecta en un port per la resta.

Tots els terminals han d’implementar el CSMA/CD. A efectes d’estudi, la pre-

sència del concentrador és anecdòtica, i podríem suposar-lo invisible. El se-

nyal es difon pel medi fins a arribar a tots els terminals.

Al diagrama de temps s’ha reflectit un petit retard del senyal al seu pas pel concentrador.Aquest retard és degut al fet que el concentrador és un repetidor i, per tant, ha de rege-nerar la temporització dels bits. Això implica un cert retard d’uns pocs bits.

Concentrador, terminals i tot el cablejat estan dins d’un mateix medi. És el

que anomenem domini de col·lisió. Un domini de col·lisió és un àmbit dins

del qual un únic MAC governa les transmissions. Si dos terminals inicien la

comunicació simultàniament en un mateix domini de col·lisió, hi haurà

col·lisió. En un domini de col·lisió 10BaseT, cap terminal ni cap combinació

de terminals pot arribar mai a transmetre en total més de 10 Mbps.


Per tant, si eixamplem una xarxa a còpia d’augmentar el nombre de terminals,

fins i tot si hi afegim més concentradors, tanmateix, tindrem un únic domini

de col·lisió i, per tant, cada cop la capacitat disponible per a cada terminal in-

dividual serà menor.

Només hi ha dues maneres d’augmentar la capacitat d’una xarxa:

• Canviar l’estàndard per un altre a major velocitat. Per exemple, passar de

10Base-T a 100Base-T o 1000Base-T. Aquesta solució és bastant dràstica. Pen-

seu que no només s’han de canviar els concentradors (i potser el cablejat) sinó

també totes les targetes dels terminals. Passar de 10 Mbps a 100 Mbps és car.

• Segmentar el domini de col·lisió de manera que el nombre de terminals

per domini de col·lisió sigui inferior. Aquesta solució sovint és més senzilla.

Per a dividir o interconnectar dominis de col·lisió necessitem un commu-

tador. Els commutadors poden tenir vuit, setze o vint-i-quatre ports i, per

tant, des d’aquest punt de vista són similars als concentradors. Però a dife-

rència d’aquests, els ports d’un commutador tracten la informació indivi-

dualment: cada trama que reben s’emmagatzema dins de la memòria del

port (o la memòria assignada al port), s’analitzen els possibles errors i s’in-

terpreta per decidir on es dirigeix.

En segmentar la xarxa, com que cada port rep la trama, l’emmagatzema i es

retransmet pel port de sortida tornant a aplicar el CSMA/CD, estem parlant de

dominis de col·lisió diferents. Cada port d’un commutador connecta dominis

de col·lisió diferents.


Els ponts (bridges) són una solució similar. Funcionalment són el mateix que un commu-tador, però tècnicament es basen en arquitectures totalment diferents i s’han fet serviren altres èpoques. En l’actualitat s’utilitzen commutadors.

Un concentrador no du a terme cap d’aquestes operacions, la trama com a tal

és irrellevant per a ell: quan en rep els primers bits els copia immediatament

(“connecta” seria una paraula més gràfica) a tota la resta de ports. El concen-

trador no detecta errors ni interpreta ni res; des del punt de vista lògic, un con-

centrador és un sistema passiu.

Cal, però, reconèixer almenys un avantatge als concentradors sobre els commu-

tadors. Per tal que un commutador pugui decidir què fa amb les trames entrants,

cal que emmagatzemi les trames rebudes, encara que només sigui momentània-

ment, per poder processar-ne el contingut (bàsicament l’adreça de destinació i el

CRC). Aquest emmagatmemament, com es reflecteix en el diagrama de temps se-

güent, comporta un retard de transmissió:

El retard de transmissió és, aproximadament, el doble que el que compoprta

l’ús de concentradors (si suposem retards de propagació negligibles). Com a

contrapartida, el commutador deixa els n−2 terminals restants amb el port

lliure per a poder transmetre: un commutador pot, teòricament, mantenir

n/2 transmissions simultànies de trames entre tots els ports:


Hi ha commutadors que encaminen la trama abans fins i tot que hagi estat rebuda com-pletament. Són els commutadors ràpids o cut-through, que tan bon punt reben el campd’adreça (al 14è. byte) en decideixen el port de sortida i comencen a transmetre la trama.El retard és molt inferior, però en cas que la trama sigui errònia la transmetran igualment,ja que no ho poden saber.

Els commutadors ràpids presenten un problema addicional: si hi ha una col·lisió al do-mini origen es propaga al domini destinació. Per a solucionar aquesta eventualitat, hi hauna variant de commutadors (Run-free cut-through) que espera la finestra de col·lisió(64 bytes) per assegurar-se que no hi ha col·lisió al domini origen.

A la figura anterior, cada terminal té el seu propi domini de col·lisió. De fet,

les col·lisions encara són possibles, ja que es pot donar el cas que el port del

commutador i el terminal associat decideixin casualment començar a trans-

metre de manera simultània.


Si en comptes de connectar directament al commutador els terminals connec-

tem concentradors, el sistema també millora quant a rendiment respecte d’un

connectat únicament amb concentradors:

En qualsevol cas, cada domini de col·lisió addicional suposa un increment de

la capacitat agregada de la xarxa si les trames van majoritàriament adreçades

a estacions situades en el mateix domini de col·lisió que l’estació origen. El

commutador filtra aquestes trames de manera que no ocupin innecessària-

ment la resta de dominis de col·lisió. Teòricament, si segmentéssim el domini

original perfectament, el commutador no retransmetria cap trama, amb la

qual cosa la capacitat de la xarxa s’hauria multiplicat directament pel nombre

de nous dominis de col·lisió.

Els commutadors coneixen la posició dels terminals per un procediment d’aprenentatgeautomàtic. Mentre que aquest procediment no hagi finalitzat (per exemple, quan el com-mutador arrenca), el commutador reparteix les trames per tots els ports: com que no coneixencara la posició de les estacions, actua de manera similar a un concentrador. Quan rebiles primeres trames descobrirà, mirant l’adreça origen, la posició de totes les estacions.

En realitat, quan afegim un commutador, la segmentació mai no serà tan dràs-

tica*; per tant, el commutador no filtra tot el trànsit. Conseqüentment, cada do-

mini suporta el seu trànsit intern, més un percentatge del trànsit dels altres

dominis. En general, si el trànsit no és intern, ocuparà només dos dominis de

col·lisió; per tant, la resta de n–2 dominis estarà lliures per a transmetre. En el

pitjor dels casos, tot el trànsit ocuparà dos dominis i, per tant, la inserció d’un

commutador augmenta la capacitat de la LAN agregada entre n/2 i n vegades,

on n és el nombre de ports. Això suposant que es canvia un concentrador per

un commutador. Si hi ha més commutadors, llavors una única trama pot arribar

a ocupar tres o més dominis de col·lisió.

Els commutadors és poden interconnectar com si fossin concentradors per fer

xarxes més grans. De fet, com que cada domini de col·lisió té un MAC inde-

pendentment, l’abast màxim d’una xarxa amb commutadors és teòricament

il·limitat.

* No estem parlant de terminals connectats accidentalment.


6.1.6. Ethernet full-duplex

Afegir commutació significa una nova possibilitat a Ethernet: l’Ethernet

full-duplex. En aquesta xarxa, d’Ethernet en queda ja bastant poc, ja que

desapareix completament el CSMA/CD: les trames poden viatjar en les dues

direccions de la línia simultàniament, sense problemes (sense col·lisions). De

fet, el que tenim són enllaços punt a punt que anecdòticament fan servir com

a format de trama l’Ethernet i com a codificació 10Base-T, 100Base-T, etc.

Òbviament no es poden construir concentradors full-duplex, ja que en cada domini decol·lisió només hi pot haver una transmissió activa en cada instant. De fet, el conceptedomini de col·lisió és de poca o nul·la aplicació en ports full-duplex.

Fins ara, la substitució d’un concentrador per un commutador no exigia cap més

canvi. Però amb Ethernet full-duplex cal canviar les targetes de les estacions, ja que

les normals aplicarien el CSMA/CD de manera contumaç, avortant qualsevol

transmissió simultània en les dues direccions.

6.1.7. Sistemes multiestàndard

Els sistemes Ethernet moltes vegades suporten diferents estàndards. Com que

hi ha diferents codificacions especificades per a un mateix medi de transmis-

sió (parell trenat categoria 5e, per a ser precisos) una mateixa targeta, commu-

tador o concentrador poden implementar una gran combinació d’estàndards.

Fonamentalment, els següents:

Si un sistema disposa de diferents estàndards, cada vegada que un dels seus

ports es reinicia, engega un procediment d’autonegociació, que consisteix a

acordar amb l’oponent l’estàndard de més prestacions que tinguin en comú.

Un commutador suporta diferents ports treballant a diferents velocitats, half-

duplex o full-duplex. Per tant, si tenim un maquinari heterogeni, el commuta-

dor s’hi connectarà de la millor manera possible.

En canvi, un concentrador no pot actuar de la mateixa manera: no pot tenir

ports full-duplex, i tampoc ports de diferents velocitats. Un concentrador és

simplement un repetidor del senyal que rep; per tant, no és possible que un

senyal rebut a una velocitat es retransmeti a una velocitat diferent.

HDX FDX

10Base-Tx X X

100Base-Tx X X

1000Base-T X X

Ethernet full-duplex

Ethernet full-duplex ha estat es-tandarditzada a l’IEEE802.3x.

Autonegociació

Aquest procediment ha estat estandarditzat en la mateixa revisió que la Fast Ethernet: l’IEEE802.3u.


Cal tenir present que parlem de concentradors reals. El mercat és ple de concentradorsmultivelocitat, a 10/100 Mbps i a 10/100/1000 Gbps (half duplex tots ells, això sí) i ambcapacitat d’autonegociació. L’entrellat es resol quan n’estudiem l’arquitectura, i és queno es tracta d’un concentrador, sinó de dos (o tres) interconnectats mitjançant un com-mutador de dos o tres ports. L’arquitectura per a un concentrador 10/100 és la següent:

Un concentrador 10/100 crea dos dominis de col·lisió (un concentrador 10/100/1000 encrea tres) interconnectats per un commutador. Per tant, la capacitat del concentradorserà 10 Mbps + 100 Mbps = 110 Mbps (1,11 Gbps en un concentrador 10/100/1000).

6.2. EIA/TIA 568

Fins ara, hem vist estàndards per al control d’accés al medi, però no hem parat

atenció al medi. Des del final dels vuitanta va sorgir una pressió per part dels

fabricants per normalitzar les comunicacions dins dels edificis i independit-

zar-les dels serveis, ja fossin de dades, de telefonia, etc. El 1991 es va publicar

l’EIA/TIA 568* referent al cablejat de telecomunicacions per a edificis comer-

cials. Aqust estàndard tenia els objectius següents:

• Ser universal, tant en serveis suportats com en fabricants compatibles.

• Ser la base per al desenvolupament d’altres estàndards de comunicacions

(veu, imatge, LAN, WAN, etc.). Bàsicament per comunicacions en oficines.

• Definir paràmetres que permetin definir i establir el cablejat de l’edifici

abans fins i tot que l’empresa s’hi estableixi. Es concep el cablejat com un

servei més de l’edifici (llum, aigua... i dades).

L’abast de l’estàndard cobreix l’especificació del senyal i la mecànica (tant pel

que fa a l’ús de parells trenats com de fibra òptica):

• Definició de senyal: prestacions, amplada de banda, soroll i interferències

límit.

* La versió actual és l’EIA/TIA 568B.


• Definició mecànica: els connectors, disposició de contactes, armaris, geo-

metria del cablejat, abast, etc.

Tot i que l’estàndard defineix tant l’ús de fibres òptiques multimode com monomode,actualment, l’alternativa més utilitzada és el parell trenat. Tard o d’hora, la fibra substi-tuirà el coure com a suport de les comunicacions a causa de la seva major capacitat teò-rica, però per ara les successives millores en la fabricació del cablejat, i sobretot, la milloradels equips terminals de circuit de dades han fet que la vida prevista del parell trenats’allargui.

6.2.1. Topologia

La topologia bàsica d’aquest estàndard és l’estrella, que es fa servir en el cable-

jat de planta. El cablejat de planta distribueix des d’un punt central o armari

de planta a tots els punts de la superfície o connectors. L’estàndard defineix

l’ús previst de connectors.

Com que la definició del cablejat és prèvia a la instal·lació de les oficines, la localitzaciódels connectors no es pot basar en la distribució final, ja que no es coneix.

Hi ha diversos mecanismes de distribució, però el més utilitzat és el de super-

fície, que estableix la instal·lació d’un connector doble cada 10 m2 d’espai de

treball. Aquest és l’espai que es considera que ocupa un lloc de treball i se li

preveu l’ús d’un terminal informàtic i un telèfon.

Els diferents armaris de planta (usualment un per planta si les dimensions

ho permeten) estan connectats a la sala d’equipaments. Aquesta sala con-

centra els baixants dels armaris de planta, amb el cablejat extern (telefonia,

WAN, etc). El cablejat entre armaris de planta i la sala d’equipaments pot fer

fins a 90 m si és de coure i fins a 3 km si és de fibra.

Tant l’armari de planta com la sala d’equipaments contenen racks. Dins dels

racks hi ha dues parts, que corresponen a dues funcions. Les entrades de

planta (patch panels) identifiquen els connectors distribuïts per la planta.

Mitjançant cables o ponts (patch cords) es connecta al servei desitjat: concen-

trador, commutador, centraleta telefònica, etc. El cablejat horitzontal pot fer

com a molt 90 m (tant si és coure com fibra), que sumats a la longitud dels

ponts de l’armari i els ponts per a connectar els terminals fan un total de

100 m com a màxim.

Els racks dels armaris de planta tenen connexió amb la sala d’equipaments. Per

això normalment es parla de topologia en estrella jeràrquica. La principal té

el punt central a la sala d’equipaments i cada punta, els armaris de planta, són

els nusos de les estrelles subordinades.


6.2.2. Medi físic

Com a medi físic, hi ha diferents tipus de parell trenat i de fibra òptica:

Els medis conductors estan dividits en categories que es diferencien bàsica-

ment pels sistemes de connexió (connectors, panells), el cablejat (densitat del

trenat dels parells) i els mecanismes de certificació. En l’actualitat, el cablejat

més utilitzat és el de categoria 5e.

De fet, la categoria 5e és una variació en els paràmetres de certificació de l’antiga catego-ria 5 per garantir el correcte funcionament de les LAN Gigabit Ethernet i Fiber Channel(llavors en procés de definició). Teòricament, un cablejat categoria 5 és capaç de suportartrànsit Gigabit Ethernet (per amplada de banda, interferències, etc.), però es recomanaafegir els tests addicionals categoria 5e.

Cadascun dels terminals rep quatre parells trenats que permeten suportar tot

tipus de serveis. El servei el reben per mitjà d’un connector RJ45:

Cada connector rep un cable amb quatre parells de fils amb colors distintius:

Cable categoría 5 al descobert.

És molt delicat treballar amb cablejats categoria 5e i superior, ja que la geome-

tria de la trena està especialment estudiada per a evitar les interferències entre

els quatre parells i la resta de cables que hi pugui haver a les rodalies. Un error

Amplada de banda Serveis possibles

UTP Categoria 1 Sense definir Telefonia

UTP Categoria 3 16 MHz LAN de baixa velocitat: Ethernet 10BaseT

UTP Categoria 4 20 MHz LAN de baixa velocitat: Token Ring 16 Mbps

UTP Categoria 5e 100 MHz LAN d’alta velocitat: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Fiber Channel, CDDI, etc.

UTP Categoria 6 250 MHzSense serveis exclusius a hores d’ara, però permet els serveis anteriors i serveis de major amplada de banda

F.O. multimode de salt d’índex 100 MHz LAN d’alta velocitat: Fast Ethernet, FDDI, etc.

F.O. multimode de gradient d’índex >1 GHz LAN d’alta velocitat: Gigabit Ethernet, Fiber

Channel

F.O. monomode >1 GHz Transmissió a llarga distància.


en el “grimpat” del connector que desfés només una volta de trena podria con-

vertir una instal·lació categoria 5 o 5e en categoria 3.

El trenat s’ha de continuar, fins i tot, en els connectors:

6.2.3. Certificació

El procés de certificació homologa una instal·lació (sencera) com d’una cate-

goria o d’una altra. Usualment, es fan servir equips que realitzen totes les ope-

racions que tot seguit comentarem, de manera automàtica. Els mesuraments

bàsics que fan els equips de tests són els següents:

Continuïtat. Es mesura que la connexió pin a pin sigui correcta.

Connectors terminals i d’armari. La connexió als ponts és just a la inversa

Longitud. Es llancen polsos de senyal i es cronometra el senyal de l’eco.

D’aquesta manera es comprova que el cablejat no supera la longitud màxi-

ma permesa. Amb aquest mesurament també es poden identificar proble-

mes d’homogeneïtat de la línia segons els ecos addicionals que es puguin

detectar.

El test

Cadascun dels valors que men-cionem té una cota definida, que el test verifica que es com-pleixi. Per passar el test cal que totes les mesures siguin positi-ves: una instal·lació passa o no passa el test, no hi ha termes internitjos.


Atenuació. S’envia un senyal patró des d’un emissor i es mesura l’atenuació

amb un receptor a tots quatre parells a l’altre extrem del cable. El senyal de me-

sura ha de tenir una freqüència que ocupi sobretot la banda alta de freqüènci-

es, ja que les freqüències altes són les que més atenuació pateixen.

NEXT o autointerferència. El NEXT* es mesura aplicant un senyal a potència

nominal i freqüència màxima en un parell i mesurant el senyal que passa per

radiació als altres tres parells en el mateix extrem. Aquesta mesura es repeteix

per a tots quatre parells.

Un valor més gràfic que el NEXT és l’ACR (Attenuation to Crosstalk Ratio), que mesura ladiferència entre el NEXT i l’atenuació. Com més gran sigui l’ACR, millor.

Altres tests

Amb l’aparició de serveis sobre cablejat estructurat, com la Gigabit Ethernet, que fanservir els quatre parells en les dues direccions simultàniament, s’han anat afegint al-tres mesures, com per exemple el càlcul del retard diferencial als quatre parells, elsecos, etc.

6.3. IEEE802.11 o WiFi

L’IEEE802.11 especifica un MAC CSMA/CA per a xarxes sense fil. L’estàndard

especifica diverses bandes possibles, i fins i tot LAN per infrarojos, però les més

utilitzades són les bandes ISM* de 2,4 GHz i 5 GHz.

Banda ISM

La banda ISM defineix les bandes d’accés lliure regulat de 0,9 GHz, 2,4 GHz i 5,7 GHz:

La banda de 5 GHz està dividida en dues subbandes, separades per un buit d’entre 5,35GHz i 5,725 GHz.

ISM fmín fmàx

Banda 0,9 GHz 902 MHz 928 MHz

Banda 2,4 GHz 2,4000 GHz 2,4835 GHz

Banda 5 GHz 5,150 GHz 5,825 GHz

* NEXT és la sigla de Near End Cross(X)-Talk.

* ISM és la sigla de Industrial,Scientific and Medical.


L’IEEE802.11 defineix dos modes de funcionament, l’un basat en un punt cen-

tral (punt d’accés) i l’altre sense aquest punt.

En el primer mode de funcionament, a part del control d’accés CSMA/CA, es

pot reservar, sota petició al punt d’accés, una fracció del temps per a trànsit

síncron (per veu o imatge en temps real). Nosaltres ens centrarem exclusiva-

ment en el trànsit de dades, per tant, controlat per CSMA/CA.

6.3.1. Nivell físic

L’IEEE802.11 defineix diversos nivells físics d’entre 1 Mbps i 54 Mbps. Però els

més utilitzats en l’actualitat són els següents:

• IEEE802.11b. (11 Mbps). Fa servir la banda de 2,4 GHz de la ISM. És el més

emprat actualment. Disposa de catorze canals amb una amplada de banda

de 22 MHz cadascun. En cas que l’SNR empitjori, automàticament la velo-

citat baixa a 5,5 Mbps, 2 Mbps i 1Mbps.

Els catorze canals es reparteixen els 83,5 MHz disponibles. Per tant, és obvi

que no es poden utilitzar simultàniament, ja que s’interferirien. Com a mà-

xim es poden fer servir tres canals dins d’una àrea determinada (per exem-

ple l’1, el 6 i l’11).

El nombre de canals disponibles varia en cada país, ja que la banda regula-

da pot variar.

Com es pot veure a la taula següent, les legislacions espanyola i francesa

són particularment restrictives, tot i que s’espera que això canviï tal com ja

ha passat al Japó:

Identificacióde canal

Freqüència(MHz)

Dominis reguladors

X’10’

FCC

X’20’

IC

X’30’

ETSI

X’31’

Espanya

X’32’

França

X’40’

Japó

X’41’

Japó

1 2412 X X X — — — X

2 2417 X X X — — — X


Font: IEEE802.11b

Els països marcats com ETSI són els europeus, excepte França i Espanya. FCC

són els EUA, i IC, el Canadà.

• IEEE802.11a (54 Mbps). Fa servir la banda de 5 GHz de la ISM. Té un abast

una mica inferior a l’IEEE802.11b i, possiblement, serà superada per

l’IEEE802.11g. En cas que l’SNR empitjori, la velocitat de transmissió

s’ajusta a 24 Mbps, 12 Mbps i 6 Mbps (encara que algunes altres velocitats

intermèdies es poden implementar opcionalment).

• IEEE802.11g (54 Mbps). És equivalent a l’IEEE802.11a, però fa servir la

banda de 2,4 GHz de la ISM, que és menys vulnerable als obstacles (major

abast) i és interoperable amb targetes IEEE802.11b.

6.3.2. Control d’accés al medi

En aquest estàndard no es pot fer servir el CSMA/CD com a control d’accés al

medi perquè requereix que l’electrònica de transmissió sigui capaç de transme-

tre i rebre alhora. Per a aconseguir que en radiotransmissió es pogués transmetre

i rebre alhora caldria utilitzar bandes de freqüència diferents per a transmetre i

per a rebre. Això exigeix dividir l’amplada de banda en subbandes més petites,

cosa que ens faria perdre prestacions*.

Cal no confondre el fet que l’electrònica de transmissió del CSMA/CD sigui full duplex,amb que el MAC CSMA/CD sigui full duplex. El CSMA/CD i tota la resta de protocols MAC

Identificacióde canal

Freqüència

(MHz)

Dominis reguladors

X’10’

FCC

X’20’

IC

X’30’

ETSI

X’31’

Espanya

X’32’

França

X’40’

Japó

X’41’

Japó

3 2422 X X X — — — X

4 2427 X X X — — — X

5 2432 X X X — — — X

6 2437 X X X — — — X

7 2442 X X X — — — X

8 2447 X X X — — — X

9 2452 X X X — — — X

10 2457 X X X X X — X

11 2462 X X X X X — X

12 2467 — — X — X — X

13 2472 — — X — X — X

14 2484 — — — — — X —

CSMA/CD no és aplicable per a controlar l’accés al medi en aquest es-

tàndard perquè la detecció de col·lisions (CD) exigeix tenir un transmis-

sor-receptor full duplex.

* En aquest cas, parlaríem d’FDMA.


són half duplex per definició. Això ve del fet que el que un terminal transmet ho rebenels n–1 restants. Si transmetessin dos, els n–2 rebrien la suma dels dos senyals sense teniroportunitat d’entendre res.

Els enginyers van haver d’escollir un control d’accés al medi alternatiu al

CSMA/CD.

MAC dinàmic estava fora de discussió, ja que una de les premisses del disseny

era el suport de sistemes mòbils en moviment (roaming): anar-se movent per

l’espai saltant d’una LAN a una altra implicaria una reconstrucció de l’anell

(lògic forçosament) que va ser descartada des d’un bon principi.

Entre els sistemes aleatoris, el CSMA és el millor dels que no requereixen trans-

missors-receptors full-duplex. El problema és que es degrada ràpidament quan

es treballa en xarxes on la cobertura de senyal no és completa.

Tal com hem vist a l’apartat anterior, el més adequat és un CSMA/CA.

De totes maneres, l’IEEE802.3 permet treballar amb CSMA en els casos on la durada de lacol·lisió es consideri un factor secundari (xarxes amb pocs terminals i/o poc trànsit). Ambaixò la velocitat efectiva (si el medi està lliure) augmenta degut a l’estalvi de trames RTSi CTS que es produeix.

6.3.3. Topologia

Ja hem vist que l’única topologia possible per a xarxes sense fil és el bus. Cada

domini de col·lisió s’anomena BSS o Basic Service Set. Dins una mateix volum

només hi pot haver un BSS per a cada canal.

Amb tot, WiFi aporta dos modes de funcionament alternatius, cadascun amb

els seus avantatges:

• Mode ad-hoc. És el més pur dels dos, ja que el bus (l’aire) és compartit sense

intermediaris. Les estacions seleccionen la banda de freqüències que volen

fer servir i poca cosa més. Cada banda de freqüències, el canal, és un domi-

ni de col·lisió independent.

• Mode amb infraestructura. El BSS està comandat per un punt d’accés (Access

Point o AP). Totes les transmissions són entre l’AP i els terminals, mai entre ter-

minals. És aproximadament equivalent* a una topologia en estrella, on l’AP és

el repetidor o concentrador: totes les transmissions d’estació a estació han de

passar forçosament a través de l’AP.

El mode ad-hoc té l’avantatge que no necessita maquinari addicional a les tar-

getes de les estacions: dos terminals amb les corresponents targetes ja es poden

posar a treballar.

El mode amb infraestructura té l’avantatge que els terminals poden connectar-

se encara que no tinguin connexió (“visió”) directa. Això, que a primer cop

Vegeu CSMA/CA en l’apartat 5.4 d’aquest mòdul didàctic.

Recordeu

Els estàndards IEEE802.11b i IEE802.11g defineixen catorze canals.

* Algú podria discutir –i amb raó– que és una falsa estrella, ja que

les estacions es connecten al concentrador a través de la mateixa línia. En un

concentrador Ethernet, el domini de col·lisió és únic, però les línies

són individuals per terminal.


d’ull sembla una trivialitat, no ho és tant ja que els terminals normalment es-

tan sobre taules i es mouen; en canvi, els AP se solen posar aixecats del terra

en posicions fixes i estudiades. És molt més fàcil garantir connexió de tots con-

tra l’AP, que de tots contra tots.

En definitiva, el mode ad-hoc és més útil per a xarxes casuals (per exemple, una

reunió) que per a treball diari.


Resum

En aquest mòdul didàctic hem presentat el concepte de xarxa d’àrea local,

els àmbits en què s’instal·len i les característiques que en defineixen el funci-

onament, com ara els medis de transmissió que s’utilitzen, les topologies i els

protocols d’accés al medi.

Des del punt de vista del medi de transmissió, distingim entre LAN cableja-

des, si el medi és guiat (cable o fibra òptica), i LAN sense fil, quan el medi és

l’aire.

Les topologies tenen un paper important en el disseny i instal·lació d’una LAN:

l’estrella, el bus i l’anell són les més habituals. Darrerament han aparegut els bu-

sos i els anells en estrella; és a dir, xarxes que presenten una topologia física en

estrella i es comporten com si fossin busos o anells (la topologia lògica).

Com que les LAN són un medi compartit, cal establir protocols d’accés per a

decidir quina estació pot transmetre trames d’informació a cada moment. Són

mecanismes flexibles, justos i fàcils d’implementar. Dels molts que se n’han

proposat, CSMA/CD –a les xarxes Ethernet–, el pas de testimoni –als anells–

i el CSMA/CA –a les xarxes sense fil– són els més utilitzats.

Finalment, s’han descrit els estàndards aprovats que descriuen totes les tecno-

logies explicades.


Activitats

1. Busqueu informació a Internet sobre els cablejats estructurats UTP-3 i UTP-5, el tipus deconnectors que utilitzen i a quin tipus de xarxa es fan servir més.

2. Enumereu els avantatges de fer servir una topologia física en estrella en comptes d’un anello un bus.

3. Busqueu informació a Internet sobre la xarxa Ethernet.

Exercicis d’autoavaluació

1. Es disposa d’una xarxa d’àrea local amb control d’accés al medi per pas de testimoni amb lescaracterístiques següents: 100 bits i 16 bits de longitud de trama i de longitud de testimoni, res-pectivament, 1 Mbps de vt, 1 km de longitud de l’anell (vp = 2 · 108 m/s), 100 estacions i repe-tidors amb un bit de retard.

a) Calculeu els paràmetres de l’anell: temps de propagació, latència, temps de trama i tempsde testimoni.

b) Si la transmissió és no exhaustiva, quina és l’eficiència màxima quan el funcionament del’anell és un mecanisme single packet, un mecanisme single token i un mecanisme multiple token?

2. Repetiu l’exercici 1, però ara amb una vt de 10 Mbps.

3. Repetiu l’exercici 1, però ara amb una vt de 100 Mbps.

4. Quines conclusions podeu treure dels exercicis 1, 2 i 3 tenint en compte les eficiències mà-ximes en les diferents condicions estudiades? Incloeu una taula amb els resultats a fi de po-der-los comparar millor.

5. Repetiu els exercicis 1, 2 i 3 utilitzant una longitud de trama de L = 2.500 bits.

6. Quines conclusions podeu treure de l’exercici 5 tenint en compte les eficiències màximesen les diferents condicions estudiades?

7. Calculeu la velocitat efectiva màxima amb les dades de l’exercici 1 (L = 100 bits i vt = 1 Mbps).

8. Calculeu la velocitat efectiva mínima amb les dades de l’exercici 1 (L = 100 bits i vt = 1 Mbps).

9. Calculeu les velocitats efectives màxima i mínima amb les dades de l’exercici 2 (L = 100 bits ivt = 10 Mbps) i del 3 (L = 100 bit i vt = 100 Mbps). Incloeu les dades en una taula per poder-lescomparar amb les dels exercicis 7 i 8.

10. Calculeu les velocitats efectives màxima i mínima amb les dades de l’exercici 5 (L = 2.500 bitsi vt = 1 Mbs, vt = 10 Mbps i vt = 100 Mbps). Incloeu les dades en una taula per poder-les compararamb les de l’exercici 9.

11. Traieu algunes conclusions dels exercicis 1 al 9.

12. Es disposa d’un anell amb accés al medi per pas de testimoni amb velocitat de transmissióvt, M estacions, propagació tp, retard d’un bit per repetidor, temps de transmissió de trama itestimoni tt i tk, respectivament. La trama consta de C bits de capçalera, D bits de dades i R bitsde CRC.Si hi ha N estacions (N < M) que tenen repetidors en estat de curtcircuit, doneu una expressióper a la velocitat efectiva mínima si l’anell funciona en sistema single packet.

13. Es disposa d’un anell amb accés al medi per pas de testimoni amb els paràmetres se-güents: tp = 50 µs, 250 estacions, un bit de retard en cada repetidor i 16 Mbps de velocitat detransmissió. La longitud de la trama és de 500 bits i el testimoni és de 24 bits. Si el mecanismeés multiple token, quin és el nombre màxim de trames que hi pot haver en l’anell?

14. Es disposa d’una xarxa d’àrea local amb accés al medi per pas de testimoni amb les carac-terístiques següents: 1.000 bits (amb capçalera C = 64 bits i CRC de R = 16 bits) de longitudde trama i 16 bits de testimoni, 16 Mbps de velocitat de transmissió, 5 km de longitud del’anell (suposeu una velocitat de propagació de vp = 2 · 108 m/s), 50 estacions i repetidors amb8 bits de retard. Se superposa a aquest protocol un protocol Stop & Wait amb una longitudde reconeixement de 96 bits (amb capçalera C = 64 bits i CRC de R = 16 bits). Doneu unaexpressió per a la velocitat efectiva màxima d’una estació tenint en compte el protocol Stop& Wait si el mecanisme és single packet.

Nota

Per a calcular les eficiències màximes utilitzeu sempre un diagrama de temps perquè us ajudi a resoldre el problema.


En comptes de fer servir un protocol Stop & Wait podem aprofitar l’estat d’escolta del repeti-dor per a modificar un camp de bits al final de la trama (camp de validació). Si aquest campés de V = 8 bits i la longitud total de la trama es manté a 1.000 bits, com millora la velocitatefectiva màxima?

15. N estacions comparteixen un canal a 56 kbps. El mètode d’accés és Aloha pur. Cada es-tació genera com a mitjana una trama d’un kbit per minut. Quantes estacions proporcionenun throughput màxim?

16. En un sistema Aloha simple totes les estacions generen una mitjana de 25 trames, comp-tant les originals i les retransmeses. La durada d’una trama és de 45 ms.a) Quant val el throughput del sistema?b) Quina probabilitat hi ha de transmetre una trama sense col·lisions?c) Quant dura una col·lisió?

17. Disposem d’una xarxa d’àrea local amb accés al medi CSMA/CD, topologia lògica en busi topologia física en estrella (una xarxa Ethernet). Les estacions estan connectades a un centreper difusió (repetidor). La xarxa treballa a 100 Mbps. La xarxa introdueix els retards següents:el repetidor introdueix un retard equivalent a repetidor = 70Tb (temps de bit, Tb = 1 vt), lestargetes de xarxa de les estacions introdueixen un retard equivalent a targeta = 25Tb, i els ca-bles que la connecten introdueixen un retard de 0,5Tb/metre (és fibra òptica). Si la finestrade col·lisions (temps de vulnerabilitat) és equivalent a 512Tb:a) Quina és la longitud mínima de trama permesa?b) Quina és la longitud màxima a què es pot connectar cada estació?

18. Disposem d’una xarxa d’àrea local amb accés al medi CSMA/CD i topologia en bus (tp = 5 µs).La longitud de les trames és de 2.000 bits, dels quals 100 són de capçalera i 1.900 són de dades.El CSMA/CD és 1-persistent, amb la particularitat que una estació considera que el medi està lliu-re si ha transcorregut una ranura de temps (on la ranura de temps es defineix com el temps devulnerabilitat). Si la velocitat de transmissió és de 10 Mbits, quina és la velocitat efectiva màximad’una estació?


Solucionari

Exercicis d’autoavaluació

1.a) Per a calcular els paràmetres de l’anell es fan servir les definicions de cada un d’ells:

• Temps de trama:

• Temps de testimoni:

• Temps de propagació:

• Temps de propagació entre estacions:

• Latència:

b) Per calcular les eficiències màximes considerarem cada cas per separat:

• L’anell amb mecanisme single packet allibera el testimoni quan l’últim bit de la trama ar-riba a l’estació transmissora: es té un temps (τ‘ + tt) fins que l’últim bit de la trama arriba al’estació transmissora, i un temps (tpk + tk), que és el que el testimoni triga a arribar de l’es-tació transmissora a l’estació següent.

• L’anell amb mecanisme single token allibera el testimoni quan el primer bit de la trama ar-riba a l’estació transmissora. Primer ens hem d’assegurar que pot alliberar immediatamentel testimoni, és a dir, tt < τ‘ → tt = 100 µs < 105 µs = τ‘.Per tant, sí que funciona com un mecanisme single token. Aleshores tenim τ‘, fins que elprimer bit de la trama arriba a l’estació transmissora i (tpk + tk) que el testimoni triga a ar-ribar de l’estació transmissora a l’estació següent. Aleshores ens queda el resultat següent:

• L’anell amb mecanisme multiple token allibera el testimoni immediatament després detransmetre la trama: (tpk), en què el primer bit de la trama arriba des de l’estació transmis-sora a l’estació següent i (tt + tk), en què arriben la resta de la trama i el testimoni. Per tant:

2.

a) Per a calcular els paràmetres de l’anell es fan servir les definicions de cada paràmetre:

• Temps de trama:




• Latència:

Trobareu les definicions dels paràmetres de l’activitat 1 al subapartat 5.2.2 d’aquest mòdul didàctic.

ttLvt

---- 1001 106⋅----------------- 100 µs= = =

tkkvt

---- 161 106⋅----------------- 16 µs= = =

tpDvt

---- 1.0002 108⋅----------------- 5 µs= = =

tpktp

M----- 5

100---------- 0,05 µs= = =

τ′ tpMvt

-----+ 5 1001 106⋅-----------------+ 105 µs= = =

Umaxtt

Toi

-------tt

τ′ tt tpk tk+ + +------------------------------------- 100

105 100 0,05 16+ + +----------------------------------------------------------- 100

221,05------------------- 45,23%= = = = =

Umaxtt

Toi

-------tt

τ′ tpk tk+ +--------------------------- 100

105 0,05 16+ +------------------------------------------ 100

121,05------------------- 82,61%= = = = =

Umaxtt

Toi

-------tt

tpk tt tk+ +-------------------------- 100

0,05 100 16+ +------------------------------------------ 100

116,05------------------- 86,16%= = = = =

ttLvt

---- 1001 106⋅----------------- 10 µs= = =

tkkvt

---- 161 106⋅----------------- 1,6 µs= = =

tpDvt

---- 1.0002 108⋅----------------- 5 µs= = =

tpktp

M----- 5

100---------- 0,05 µs= = =

τ′ tpMvt

-----+ 5 1001 106⋅-----------------+ 15 µs= = =


b) Calculem les eficiències màximes en cada cas:

• Anell amb mecanisme single packet:

• Anell amb mecanisme single token: ens assegurem que pot alliberar immediatament el tes-timoni, és a dir, tt < τ‘ → tt = 10 µs < 15 µs = τ‘. Si l’anell funciona amb aquest mecanisme:

• Anell amb mecanisme multiple token:

3.

a) Calculem els paràmetres de l’anell:

• Temps de trama:




• Latència:

b) A continuació, calculem les eficiències màximes per al cas d’un mecanisme single packet,d’un mecanisme single token i d’un mecanisme multiple token:

• Anell amb mecanisme single packet:

• Anell amb mecanisme single token: ens assegurem que pot alliberar immediatament el tes-timoni, és a dir, tt < τ‘ → tt = 1 µs < 6 µs = τ‘. Si l’anell funciona amb aquest mecanisme:

• Anell amb mecanisme multiple token:

4. A la taula teniu un resum dels resultats obtinguts en els exercicis d’autoavaluació 1, 2 i 3:

Com es pot observar, tant el mecanisme single packet com el mecanisme single token oferei-xen rendiments molt baixos en anells d’alta velocitat. També cal observar que en anells debaixa velocitat el mecanisme single token es comporta millor que el mecanisme single packet(és evident que ja no s’ha d’esperar tt segons per a alliberar la trama).

Funcionament de l’anell Eficiència màxima, Umax

vt = 1 Mbps vt = 10 Mbps vt = 100 Mbps

Single packet 45,23% 37,52% 13,86%

Single token 82,61% 60,06% 16,10%

Multiple token 86,16% 85,36% 82,64%

Umaxtt

Toi

-------tt

τ' tt tpk tk+ + +------------------------------------+ 10

15 100 0 05 1 6,+,+ +----------------------------------------------------------- 10

26 65,---------------- 37,52%= = = =

Umaxtt

Toi

-------tt

τ' tpk tt+ +--------------------------+ 10

15 0 05 1 6,+,+------------------------------------------ 10

16 65,---------------- 60 06%,= = = =

Umaxtt

Toi

-------tt

tpk tt tk+ +--------------------------+ 10

0 05 10 1 6,++,------------------------------------------ 10

11 65,---------------- 85 83%,= = = =

ttLvt

---- 100100 106⋅------------------------ 1µs= = =

tkkvt

---- 16100 106⋅------------------------ 0 16µs,= = =

tpDvt

---- 1.0002 108⋅----------------- 5µs= = =

tpktp

M----- 5

100---------- 5µs= = =

τ' tpMvt

-----+ 5 100100 106⋅------------------------+ 6µs= = =

Umaxtt

Toi

-------tt

τ' tt tpk tk+ + +------------------------------------+ 1

15 100 0 05 1 6,+,+ +----------------------------------------------------------- 1

7 21,------------- 13 86%,= = = =

Umaxtt

Toi

-------tt

τ' tpk tk+ +--------------------------+ 10

6 0 05 0 16,+,+------------------------------------------- 10

6 21,------------- 16 1%,= = = =

Umaxtt

Toi

-------tt

tpk tt tk+ +--------------------------+ 1

0 05 1 0 16,+ +,------------------------------------------ 1

1 21,------------- 82 64%,= = = =


5. Aquí hi ha una taula amb els resultats, ja que la resolució del problema és la mateixa queen els problemes anteriors.

Això significa que l’estació transmissora no pot alliberar el testimoni quan arribi el primerbit de la trama, ja que encara no està transmetent la trama. Per tant, s’ha d’esperar que acabide transmetre. El temps d’ocupació serà doncs: Toi = tt + tpk + tk. De fet, es comporta igual queun mecanisme multiple token.

Si P > τ‘ →

6. Sembla que quan la longitud de trama és gran les eficiències màximes són altes, independent-ment del sistema de funcionament de l’anell. El mecanisme multiple token ofereix rendimentspropers al 100%. Seria interessant conèixer quines són les velocitats efectives en cada cas.

7. Per a calcular la velocitat efectiva màxima, cal recordar que hem de calcular el temps desque l’estació transmet una trama fins que la mateixa estació pot transmetre una altra trama(considerant una transmissió no exhaustiva) i cap altra estació no vol transmetre trames. Acontinuació donem els resultats per a cada mecanisme:

• Mecanisme single packet: (τ‘ + tt) fins que l’últim bit de la trama arriba a l’estació transmissorai (τ‘ + tk) que el testimoni triga a arribar novament a l’estació transmissora donant tota lavolta a l’anell. Cal recordar que en aquest problema l’eficiència de transmissió (Et) val 1.Aleshores:

• Mecanisme single token: τ‘ fins que el primer bit de la trama arriba a l’estació transmis-sora i (τ‘ + tk) que el testimoni triga a arribar donant tota la volta a l’anell. Recordemque tt < τ‘. Per tant:

• Mecanisme multiple token: τ‘ fins que el primer bit de la trama arriba a l’estació transmis-sora i (tt + tk) que la resta de la trama i el testimoni triguen a donar tota la volta a l’anell.Així:

8. Per a calcular la velocitat efectiva mínima cal recordar que s’ha de calcular el temps desque l’estació transmet una trama fins que la mateixa estació pot transmetre una altra trama(considerant una transmissió no exhaustiva) i que totes les altres estacions volen transmetretrames. Considerem cada mecanisme per separat:

• Mecanisme single packet: (τ‘ + tt) fins que l’últim bit de la trama arriba a l’estació transmis-sora i (tpk + tk) que el testimoni triga a arribar a l’estació següent. Aquesta inicia al seu tornla transmissió i també triga (τ‘ + tt) + (tt + tk) segons a alliberar el testimoni. Aquest procéses repeteix tantes vegades com estacions hi ha a la xarxa (M vegades). Així doncs, es té:

Funcionament de l’anell Eficiència màxima, Umax

vt = 1 Mbps vt = 10 Mbps vt = 100 Mbps

Single packet 95,38% 93,75% 80,10%

Single tokentt > τ‘

99,36%tt > τ‘

99,34%tt > τ‘

99,16%

Multiple token 99,36% 99,34% 99,16%

UmaxP

Toi

------- Ptpk tt tk+ +--------------------------= =

vef maxtt

Toi min

---------------- Etvttt

2τ' tt tk+ +---------------------------vt 306 74 kbps,= = = =

vef maxtt

Toi min

---------------- Etvttt

2τ' tk+------------------vt 442 47 kbps,= = = =

vef maxtt

Toi min---------------- Etvt

tt

τ' tt tk+ +------------------------vt 452 48 kbps,= = = =

vef mintt

Toi max

----------------- Etvttt

M τ' tt tpk tk+ + +( )-----------------------------------------------vt 4 52 kbps,= = = =


• Mecanisme single token: τ‘ fins que el primer bit de la trama arriba a l’estació següent i (tpk + tk)que la resta de la trama i el testimoni triguen a arribar-hi. Cal recordar que tt < τ‘ . Aquest procéses repeteix M vegades.

• Mecanisme multiple token: tpk fins que el primer bit de la trama arriba a l’estació següenti (tt + tk) que triguen a arribar-hi la resta de la trama i el testimoni. Aquest procés té llocM vegades.

9. En aquesta taula incloem les velocitats efectives màxima i mínima per a longituds de tra-ma de 100 bits i velocitats de transmissió d’1, 10 i 100 Mbps.

10. En aquesta taula incloem les velocitats efectives màxima i mínima per a longituds de tra-ma de 2.500 bits i velocitats de transmissió d’1, 10 i 100 Mbps. Cal tenir en compte que elmecanisme single token es comporta com un mecanisme multiple token, ja que tt > τ‘.

11. Dels exercicis anteriors es poden treure les conclusions següents:

a) El mecanisme multiple token acostuma a obtenir bons rendiments, que són millors com mésgrans són la velocitat de transmissió i la longitud de la trama. Però obté clarament millors ve-locitats efectives màximes si les longituds de trama són grans.

b) El mecanisme single token obté bons rendiments amb longituds de trama grans, ja que escomporta com un mecanisme multiple token. Si la longitud de trama és petita obté bons ren-diments, i si la velocitat de transmissió és baixa, les velocitats efectives són acceptables.

Funcionamentde l’anell Velocitats efectives

vef vt = 1 Mbps vt = 10 Mbps vt = 100 Mbps

Single packetvef⏐max 306,74 kbps 2,4 Mbps 7,35 Mbps

vef⏐min 4,52 kbps 37,52 kbps 130,71 kbps

Single tokenvef⏐max 442,47 kbps 3,16 Mbps 7,93 Mbps


Multiple tokenvef⏐max 452,48 kbps 3,759 Mbps 13,15 Mbps




Single packetvef⏐max 917,09 kbps 8,87 Mbps 67,27 Mbps




Single tokenvef⏐max 953,8 kbps 9,37 Mbps 80,23 Mbps


Multiple tokenvef⏐max 953,8 kbps 9,37 Mbps 80,23 Mbps


vef mintt

Toi max

----------------- Etvttt

M τ' tpk tk+ +( )-------------------------------------vt 8 26 kbps,= = = =

vef mintt

Toi max

----------------- Etvttt

M tpk tt tk+ +( )-------------------------------------vt 8 61 kbps,= = = =


c) El mecanisme single packet obté bons rendiments i una bona velocitat efectiva si la lon-gitud de trama és gran i la velocitat de transmissió és moderada o petita. Si la longitud detrama és petita només obté bons rendiments per a velocitats de transmissió petites, però lavelocitat efectiva màxima no és molt bona (un terç de la velocitat de transmissió).

Les velocitats efectives mínimes són petites, però és lògic si pensem que hi ha un gran nom-bre d’estacions (100 estacions).

12. Si hi ha N estacions en estat de curtcircuit, significa que no introduiran retards en els seusrepetidors. La latència valdrà:

Què passa ara amb tpk? Havíem assumit que les estacions estaven equiespaiades a fi de resol-dre eficiències i velocitats efectives. Ara assumim el mateix però estaran equiespaiades unadistància corresponent a tp / (M − N). Evidentment és una aproximació, però si no l’efectués-sim necessitaríem un vector amb les distàncies entre totes les estacions, la qual cosa compli-caria massa el problema.

L’eficiència de transmissió val:

Finalment, la velocitat efectiva mínima valdrà:

= .

13. Suposem que hi caben n trames. S’ha de tenir en compte el temps que transcorre entreque dues estacions poden transmetre una trama. Aquest temps és el temps d’ocupació del’anell (Toi). S’ha de complir que τ‘ ≤ n Toi, on Toi = tt + tpk + tk. Com que τ‘ = 65,625 µs,tt = 31,25 µs i tpk = 1,5 µs, tenim que:

14. Primer calculem els paràmetres de l’anell: tt = 62,5 µs, tk = 1 µs, tACK = 6 µs, tp = 20 µs,tpk = 0,4 µs i τ‘ = 45 µs (compte amb la latència, ja que ara els repetidors introdueixen l’equi-valent a 8 bits de retard).

D’altra banda, l’eficiència de transmissió val Et = D / (C + D + R) = 0,92.

Per a calcular la velocitat efectiva hem de tenir en compte el protocol Stop & Wait. Suposemque l’estació A transmet (té el testimoni) i ho fa a una estació C (que retorna el reconeixe-ment ACK). Perquè l’estació A pugui tornar a transmetre una trama ha d’esperar que li retorniel reconeixement ACK. Si li arribés el testimoni, però encara no tingués el reconeixementACK, l’agafaria per alliberar-lo immediatament, ja que el protocol Stop & Wait el tindria blo-cat fins que rebés el seu ACK (és un protocol LLC de capa superior al MAC). Per tant, el tempsd’ocupació mínim seria el següent:

• (τ‘ + tt) segons: l’estació A transmet la trama i pot alliberar el testimoni.

• (τ‘AC + tk) segons: el testimoni viatja cap a l’estació C. No l’agafa cap altra estació perquèestem calculant la velocitat efectiva màxima.

• (τ‘ + tACK) segons: el temps en què l’estació C transmet el reconeixement ACK i aquest litorna perquè alliberi el testimoni.

• (τ‘CA + tk) segons: el testimoni viatja de l’estació A a l’estació C.

Per tant: (τ‘ + tt) + (τ‘AC + tk) + (τ‘ + tACK) + (τ‘CA + tk) = 2τ‘ + tt + 2tk + tACK + τ‘CA + τ‘AC.Però tenim que τ‘ = τ‘CA + τ‘AC. Per tant, 3τ‘ + tt + 2tk + tACK.

τ' tpM N–

vt

---------------+=

EtD

C D R+ +-------------------------=

vef mintt

M N–( ) τ' tt tpk tk+ + +( )--------------------------------------------------------------Etvt

C D R+ +vt

-------------------------

M N–( ) τ' C D R+ +vt

------------------------- tpkKvt

----+ + +⎝ ⎠⎛ ⎞

--------------------------------------------------------------------------------------C D R+ +vt

-------------------------= = =

tt

M N–( ) vt τ' tpk+( ) C D R K+ + + +( )----------------------------------------------------------------------------------------------

n τ'Toi

-------< τ'tt tpk tt+ +-------------------------- 65 625,

33 0125,----------------------- 1 98 trames,= = =

Toi min =Toi min =


Si fem servir el camp de validació és com si tinguéssim una trama de longitud C + D ++ V + R bits i Et = D / (C + D + V + R) = 0,912.

Com a exercici, podríeu resoldre el mateix tipus de problema amb el mecanisme single tokeni amb el mecanisme multiple token. Penseu també en les velocitats efectives mínimes.

15. El throughput o rendiment màxim s’obté en el sistema Aloha pur per a G = 0,5 i val Smax == 1/2e. Si desnormalitzem respecte a la capacitat del canal, tenim que Smax = C/2e = 56/2e ==10,3 kbps.

Ara sabem que cada estació genera 1 kb per minut, és a dir, treballa a una velocitat mitjanade transmissió de vt = 1.000/60 = 16,66 bps. El nombre d’estacions que poden ocupar el canalòptimament serà el quocient entre el throughput màxim i la velocitat mitjana de cada estació:

estacions

16.

a) Coneixem λ = 25 trames/s i tt = 45 ms. Per tant, la càrrega total del sistema és G = λ,tt = 1,125. El throughput del sistema val S = Ge-2G = 0,118.

b) La probabilitat de transmetre sense col·lisions és P0 = e-2G = 0,0105.

c) La durada de les col·lisions val tt = 45 ms ≤ Tcol ≤ 90 ms = 2tt.

17.

a) La longitud mínima de trama és precisament la finestra de col·lisions, ja que la xarxa hade ser capaç de detectar una col·lisió: Lmin = 512 bits.

El diàmetre de la xarxa també està limitat per la finestra de col·lisions. El temps que un se-nyal triga a anar i tornar d’una estació a una altra ha de ser més petit que la finestra decol·lisions:

2(repetidor + 2targeta + cableA + cableB ) + marge ≤ 512Tb2(70 + 2·25 + cableA + cableB) + 4 ≤ 512Tb

cableA + cableB ≤ 134Tb.

Per tant, com que cada cable introdueix 0,5Tb/metres:

cableA + cableB ≤ 268 m.

Això vol dir que si posem l’estació A a 100 metres, podem situar l’estació B, com a màxim, a168 metres. Qualsevol combinació de longitud de cable que sumi 268 metres és vàlida.

vef maxtt

Toi max

----------------- Etvttt

3τ' tt 2tk tACK+ + +------------------------------------------------Etvt 4 47 Mbps,= = = =

vef maxtt

Toi max----------------- Etvt

tt

2τ' tt tk+ +---------------------------Etvt 5 94 Mbps,= = = =

NSmax

vt

---------- 10.30016

------------------ 618= = =


18. Partim de les dades que ens proporcionen: tt = L/vt = 200 µs i la ranura és τ = Tv = 2tp = 10 µs.Això vol dir que tt = 20τ. L’eficiència de transmissió és Et = Dades / Longitud de trama == 1.900/2.000 = 0,95.

La velocitat efectiva màxima es calcula com sempre: només una estació vol accedir al medi. Quinés el temps de cicle fins que pot tornar a transmetre una trama? És Tc = tt + τ, ja que un cop trans-mesa la trama, l’estació es posa durant τ segons en estat d’escolta per a detectar el canal lliureabans de tornar a transmetre una trama. Per tant, tenint en compte que Tc = tt + τ ≈ tt:

Glossari

carrier sense medium access m Tècnica de control d’accés al medi aleatori. Quan unaestació vol transmetre, primer escolta el medi, i si no està ocupat, transmet.sigla: CSMA

carrier sense medium access with detection collision m Tècnica de control d’accésal medi aleatori. Quan una estació vol transmetre, primer escolta el medi, i si no està ocu-pat, transmet. Després de transmetre continua escoltant el medi per si hi ha col·lisions.sigla: CSMA/CD

CRC m Vegeu cyclic redundancy check.

CSMA m Vegeu carrier sense medium access.

CSMA/CD m Vegeu carrier sense medium access with detection collision.

cyclic redundancy check m Mecanisme de detecció d’errors basat en un generador poli-nòmic.sigla: CRC

destination service access point m Una manera d’identificar l’usuari d’un servei d’unprotocol.sigla: SAP

EIA/TIA f Vegeu electronics/telecommunications industries association.

electronics/telecommunications industries association f Organització d’estandar-dització.sigla: EIA/TIA

FDMA m Vegeu frequency division medium access.

frequency division medium access m Tècnica d’accés al medi en què s’assigna a cadacanal una porció de l’amplada de banda total.sigla: FDMA

IEEE m Vegeu Institute of Electrical and Electronics Engineers.

Institute of Electrical and Electronics Engineers m Organització d’estandardització.sigla: IEEE

International Standard Organization f Organització internacional per a la normalit-zació.sigla: ISO

ISO f Vegeu International Standard Organization.

LAN f Vegeu local area network.

LLC m Vegeu logical link control.

local area network f Xarxa d’àrea local.sigla: LAN

logical link control m Nivell d’enllaç específic per a les LAN.sigla: LLC

vef maxtt

tc

---Etvttt

tt τ+------------Etvt Etvt≈ 9 5 Mbps,= = =


MAC m Vegeu medium acces control.

medium access control m Control d’accés al medi.sigla: MAC

OSI f Vegeu open system interconnection

open system interconnection f Model de referència que defineix un pla de protocols pera la interconnexió de sistemes oberts.sigla: OSI

SAP m Vegeu destination service access point.

shielded twisted pair m Medi de transmissió que apantalla el parell trenat amb una mallametàl·lica per reduir les interferències.sigla: STP

STP m Vegeu shielded twisted pair.

TDMA m Vegeu time division medium access.

time division medium access m Tècnica d’accés al medi en què els canals comparteixenel medi per temps.sigla: TDMA

unshielded twisted pair m Medi de transmissió del tipus parell trenat estructurat.

UTP m Vegeu unshielded twisted pair.

WAN f Vegeu wide area network.

wide area network f Xarxa d’àrea extensa. xarxa que local. Xarxa que permet intercon-nectar estacions que no estan properes físicament.sigla: WAN

Bibliografia

Halsall, F. (1998). Comunicación de datos, redes de computadores y sistemas abiertos (4a. ed.).Mèxic: Pearson Educación.

Stallings, W. (2000). Comunicaciones y redes de computadores (6a. ed.). Madrid: Prentice Hall.

Tanenbaum, A.S. (2003). Redes de computadoras (4a. ed.). Mèxic: Pearson Educación.

Xarxes d’àrea local - Programador | Fotógrafo · 1. Xarxes d’àrea local ... Solucionari ......

Documents

Transcript of Xarxes d’àrea local - Programador | Fotógrafo · 1. Xarxes d’àrea local ... Solucionari ......